Самолет создан на базе учебно-боевого двухместного Су-27УБ путём его глубокой модернизации. Многоцелевой тяжёлый истребитель Су-30СМ предназначен для управления групповыми боевыми действиями истребителей при решении задач завоевания господства в воздухе, обеспечении боевых действий других родов авиации, прикрытии наземных войск и объектов, уничтожении десантов в воздухе, а также для ведения воздушной разведки и уничтожения наземных или надводных целей. В отличие от Су-27УБ, он способен выполнять боевые действия, связанные с большой дальностью и продолжительностью полёта и эффективным управлением группой истребителей.

На Су-30СМ установлена система дозаправки топливом в воздухе, новые навигационные системы, расширен состав аппаратуры управления групповыми действиями, а также была усовершенствована система жизнеобеспечения. За счёт установки новых ракет и системы управления вооружением значительно повышена боевая эффективность самолёта. Двухместный истребитель Су-30СМ обладает сверхманевренностью, оснащен радиолокатором с фазированной антенной решеткой, двигателями с управляемым вектором тяги и передним горизонтальным оперением.

По сути, Су-30СМ является модернизированной версией экспортных самолётов Су-30МКИ, поставлявшихся в Индию и Алжир, но предназначенный для ВВС России. Первый полёт самолет данной модификации состоялся 21 сентября 2012 г. Эти истребители имеют современное бортовое радиоэлектронное оборудование и широкий арсенал высокоточного вооружения классов "воздух-воздух" и "воздух-поверхность". Су-30СМ с их превосходными боевыми качествами (всепогодность, сверхманевренность) позволяют создавать компактные авиационные группировки, одинаково хорошо приспособленные для борьбы с воздушным, наземным и морским противником.

Боевая нагрузка Су-30СМ общим весом до 8000 кг размещается на 12 узлах подвески. Вооружение самолёта в сочетании с комплексом БРЭО обеспечивает поражение воздушных целей, в том числе, с малой радиолокационной заметностью, в ближнем бою, успешное ведение упреждающих воздушных боёв на дальних дистанциях, поражение наземных и надводных объектов при помощи управляемого и неуправляемого оружия на тактической и оперативной глубинах обороны противника.

На ЧФ первые истребители Су-30СМ появились в 2015 году в составе 43-го отдельного морского штурмового авиационного полка Морской авиации Черноморского флота.