Полёт выполнил лётчик-испытатель О.Г.Цой
Самолет являлся развитием Су-27 с улучшенной аэродинамикой, более совершенным БРЭО, включая РЛС с АФАР, более мощными двигателями. Хотя самолёт демонстрировал исключительную маневренность на различных авиашоу, в серию его не передавали. Несколько Су-27М передали пилотажной группе "Русские Витязи".
В начале 90-х годов было выпущено 12 предсерийных и 3 серийных машины. На этом программу Су-27М закрыли.
Намного позже Су-27М послужил основой для новой радикальной модификации, неформально известной как Су-27БМ ("Большая Модернизация").