Проект Су-33 был разработан в 1980-х годах в рамках планов по оснащению авиационного крыла для запланированного советским военно-морским флотом авианосца проекта 1143.5, в состав которого также должны были входить самолёты вертикального взлёта и посадки Як-41 и МиГ-29К. Первый прототип, Т-10К-1, совершил свой первый полет 17 августа 1987 года. За этим последовала первая посадка на борт авианосца "Тбилиси " 1 ноября 1989 года. Основанный на Су-27, Су-33 наиболее заметно отличается от своих аналогов наземного базирования наличием передних стабилизаторов для уменьшения угла атаки при взлёте и посадке. Самолёт также оснащён тормозным крюком и усиленной шасси с двумя передними колёсами. Флапероны крыла увеличены и проходят по всей длине задней кромки, а также установлены предкрылки. В систему управления полётом были внесены изменения, соответствующие использованию на авианосцах, а в конструкции самолёта увеличилось количество антикоррозийных материалов, в том числе в двигателях. Для хранения на палубах или под ними во внешние панели крыла, хвостовые балки, обтекатель и хвостовую часть фюзеляжа встроен механизм складывания. С левой стороны носовой части имеется заправочный зонд, а под фюзеляжем —заправочный бак.
На 12 узлах подвески можно нести до 6500 кг вооружения и боеприпасов. Ракеты «воздух-воздух» в основном аналогичны ракетам наземного базирования Су-27, включая ракеты средней и большой дальности Р-27 «воздух-воздух» и ракеты малой дальности Р-73 «воздух-воздух», а также самолёт оснащён одноствольной пушка калибр 30 мм .
Два опытных образца (T-10K-1 и -2) были построены компанией "Сухой" в Москве, после чего было выпущено семь опытных самолетов (от -Т10К-3 до К-9), построенный в Комсомольске-на-Амуре. В период с 1993 по 1996 год Военно-морской флот России получил 26 серийных самолётов. Два испытательных самолёта (Т-10К-3 и -7) остались на Украине после распада Советского Союза. Третий, Т-10К-7, был продан Китаю в 2004 году и стал основой для китайского корабельного истребителя J-15, который впоследствии был усовершенствован, в том числе до J-15D. В настоящее время в составе ВМФ России около 14 Су-33 в одном оперативном подразделении — 279-м отдельном корабельном истребительном авиационном полку (ОКИАП), базирующемся в Североморске-3 и приписанном к Северному флоту. В рамках капитального ремонта с 2009 года самолёты претерпели незначительные изменения.