Pada tahun 1960-an, industri pertahanan Soviet mendapat tugas berat. Angkatan Udara Soviet membutuhkan sebuah pesawat yang merupakan gabungan kualitas pesawat pengebom tempur Su-7B dan pesawat tempur pencegat Su-15. Pesawat baru ini harus mampu menyerang target kecil di darat, memiliki kecepatan supersonik, serta kemampuan untuk menghancurkan sistem pertahanan udara berketinggian rendah milik lawan.
Pada 1963, pesawat baru tersebut mulai dirancang berdasarkan model pesawat Su-15. Selama proses perancangan, desain konstruksi dasar pesawat mengalami perubahan besar. Perancang memasang radar Orion yang berukuran cukup besar di bawah moncong pesawat, sehingga kabin pesawat berubah menjadi berkursi ganda.
Untuk memastikan proses lepas landas dan pendaratan berlangsung singkat, perancang memasang empat mesin RD36-35. Namun, tiga bulan setelah penerbangan pertamanya (24 Agustus 1965), pesawat tersebut kemudian mendapat dua mesin AL-21F, yang menurut beberapa sumber, dikembangkan dari mesin J79 milik pesawat tempur Amerika yang ditembak jatuh di Vietnam.
Kala itu, perancang Soviet tertinggal cukup jauh dari Amerika – mereka telah berhasil menerbangkan F-111 delapan bulan sebelumnya. Pesawat Amerika memiliki sayap modern yang dapat terbang dengan kecepatan supersonik di ketinggian tinggi, melakukan penerbangan stabil di ketinggian rendah, serta mampu mengangkut beban bom yang lebih besar.
Pesawat Rusia dengan sayap sapuan variabel tersebut diterbangkan pertama kali pada 17 Januari 1970. Pesawat kemudian diberi nama Su-24. Namun, perlu waktu lima tahun untuk memasukkan pesawat tersebut ke dalam perbendaharaan senjata militer Rusia.
Pengembangan operasional pesawat tertunda akibat sejumlah besar kecelakaan udara dalam proses uji coba, terutama pada tahap-tahap awal. Hal ini dikarenakan pesawat memiliki banyak pengembangan baru yang belum pernah digunakan sebelumnya dalam aviasi Soviet.
Pesawat mampu terbang dalam mode otomatis dan semi-otomatis dan menghindari permukaan bumi dari ketinggian 50 meter. Untuk menjalankan misi pencarian, Su-24 memiliki radar, lengkap dengan pengintai laser dan sistem layar pemantau. Perangkat bidik tersebut memperluas jenis target serangan dan tingkat ketinggian penyerangan.
Terlepas dari beragamnya senjata yang terpasang di pesawat ini, kehadiran senjata kendali dan kemampuan beban yang lebih berat dari pendahulunya, senjata utama pesawat ini adalah bom nuklir taktis.
