Prototyp oznaczony T10-W1 oblatano 13 kwietnia 1990 roku, a drugi 18 grudnia 1993 roku. Ze względu na postępujący proces rozpadu ZSRR i związane z nim znaczące ograniczenia finansowania program postępował wolno, dopiero w czerwcu 2003 roku zakończono pierwszy etap połączonych prób państwowych, a wobec ogłoszonej wówczas zmiany wymogów technicznych nastąpiło kolejne opóźnienie: powtórzony cykl prób zakończono we wrześniu 2006 roku. Głównodowodzący rosyjskich wojsk lotniczych podpisał dokument rekomendujący Su-34 do wprowadzenia na uzbrojenie dopiero 19 września 2011 roku.
9 stycznia 2008 roku kierownictwo OKB Suchoj poinformowało o rozpoczęciu produkcji 32 bombowców; realizacja kontraktu dobiegła końca w grudniu 2013 roku. Pierwszą liniową (a nie doświadczalną) jednostką wojskową, w której te bombowce pełnią służbę (od grudnia 2011 roku), jest 7000 Gwardyjska Borisowsko-Pomorska Baza Lotnicza Woroneż-Bałtimor. mały|left|Su-34 malowany jak seria produkcyjna z 2012 r. 1 marca 2012 r. Minister Obrony Federacji Rosyjskiej Anatolij Sierdiukow zamówił następne 92 statki powietrzne, które dostarczono do lipca 2020 r. W 2020 roku, po zrealizowaniu kontraktów z lat 2008 i 2012, WWS RF miały dysponować 124 samolotami. Seria samolotów z 2012 r.