Разработка Су-24 началась еще в 1961 году, когда был принят на вооружение истребитель-бомбардировщик Су-7Б. Уже тогда было ясно, что при всех своих преимуществах Су-7 отстает от современных ему западных истребителей-бомбардировщиков по составу оборудования и мощи вооружения. Попытки компоновки мощного радиолокатора на сравнительно небольшом самолете не имели успеха. Требовалось создать принципиально новую конструкцию.

Но в годы правления Хрущева политика не предусматривала создания новых боевых самолетов. Полагалось проектировать лишь модификации уже находящихся в серийной постройке образцов. Разработка Су-24 велась в рамках "программы модернизации" Су-15, который в свою очередь считался модификацией Су-7.

Самолет С-6 сильно отличался от своего "прототипа" Су-15. Прежде всего, он стал двухместным и получил вместо скоростного треугольного высоконесущее трапециевидное крыло умеренной стреловидности. Это было обусловлено требованиями достижения высоких маневренных качеств, а также короткого взлета и посадки для обеспечения возможности базирования на типовых аэродромах фронтовой авиации. Силовую установку составили два двигателя Р-21, а в носовой части фюзеляжа была установлена мощная РЛС "Орион" и система следования рельефу местности. Вооружение самолета должно было включать управляемые ракеты воздух-поверхность разных типов и бомбы, масса которых была увеличена вдвое по сравнению с Су-7Б и Як-28 - основными самолетами фронтовой авиации СССР.

После Кубинского кризиса 1962 года вера Хрущева в несокрушимую мощь "ракетного щита" достигла апогея. Под влиянием этого финансирование других родов войск продолжало сокращаться. Работы по С-6 сильно затормозились.

В 1963 году было принято решение о разработке истребителя-бомбардировщика Т-58М со всепогодной прицельно-навигационной системой "Пума" на базе серийного перехватчика ПВО Су-15. Но лишь с уходом на пенсию Хрущева ОКБ смогло отказаться от необходимости создания принципиально нового самолета в рамках модификации старого.

К тому времени первая компоновка самолета Т-58М с обычным для того времени продольным размещением кабин летчика и штурмана-оператора была готова. Но в том же году на испытания вышел американский F-111. Фирма General Dynamics всего за два года спроектировала красавец-самолет, который произвел огромное впечатление на авиационных специалистов во всем мире, в том числе и в СССР. Среди многих ярких особенностей машины выделялась оригинальная двухместная кабина с размещением летчиков бок о бок. При этом носовая часть машины сохранила удивительную элегантность и стремительность обводов. Хорошие условия доя обеспечения совместной работы пилота и оператора вооружения в такой кабине подтолкнули Сухого на принятие решения о перекомпоновке Т-58М по американскому образцу. Самолет получил наименование Т-6 и назначение машины определялось теперь как самолет-штурмовик.

Требование сделать именно штурмовик нашло свое отражение в конструкции самолета, хотя специалисты ОКБ видели в этом только фактор, ухудшающий летные характеристики машины, строящейся, по их мнению, как классический истребитель-бомбардировщик. Были приняты меры к повышению боевой живучести и ремонтопригодности изделия. Требованиям к самолету-штурмовику соответствовало и вооружение - самолет мог нести НУРС и имел встроенную скорострельную шестиствольную 23-мм пушку.

Создание крыла изменяемой геометрии для самолета Т-6 стало важным этапом в истории развития конструкций самолетов в СССР. Даже после создания таких машин, как Ту-22М2 и Ту-160, оно остается уникальным хотя бы потому, что на нем расположены поворотные пилоны для подвесного вооружения - такое решение в СССР было применено только на Т-6. Впервые в истории советского самолетостроения мощные двухщелевые закрылки сочетались с предкрылками и занимали весь размах консольных частей крыла (по крену самолет управлялся с помощью интерцепторов и дифференциально отклоняемым стабилизатором).

Доработанный в ходе постройки второй опытный самолет с новым крылом получил индекс Т6-2И. Он совершил первый полет в январе 1969 года. В 1972 году было получено положительное заключение по предварительным итогам испытаний и принято решение о запуске машины в серийное производство.

По числу катастроф самолет Т-6 установил печальный рекорд в истории ОКБ Сухого. Всего во время испытаний было потеряно 10 самолетов Т-6, в том числе семь - по вине двигателя, остальные - из-за недостатков конструкции. Однако значение самолета было чрезвычайно велико и испытания продолжались до 1975 года. В феврале 1975 года Т-6 под обозначением Су-24 был принят на вооружение.

Первые серийные самолеты комплектовались двигателями АЛ-21Ф. Одной из особенностей этого двигателя было использование титана в компрессоре со сверхзвуковой входной ступенью. Характерным недостатком этого компрессора были так называемые "титановые" пожары. Самолет при этом сгорал со скоростью спички, и выяснить причину их возникновения долго не удавалось. Устранить причины пожаров удалось на модифицированном двигателе АЛ-21Ф-3.

На Су-24 была установлена система катапультирования с креслами К-36Д, впервые обеспечивавшая спасение экипажа практически на всех режимах полета, включая этапы нахождения на земле.

Основу РЭО самолета составляла прицельно-навигационная система ПНС-24 "Пума". В ее состав входили БРЛС "Орион-А" с дальностью обнаружения типового объекта 150км. РЛС могла выделять даже малоконтрастные цели на фоне земли и воды, по ее данным можно было выполнять бомбометание всеми типами свободнопадающих бомб. Для уничтожения РЛС зенитных комплексов противника служила станция обнаружения РЛС "Филин-Н" с ракетой Х-28. Против оптически контрастных целей типа зданий или кораблей предназначалась ракета Х-23М "Аркан". Для ее наведения использовалась командная радиолиния "Дельта" и теплопеленгатор "Таран-Р". Телевизионный оптический визир "Чайка" обеспечивал применение бомб, НУРС, и подвесных пушечных установок СППУ-6. Помимо того, самолет мог нести две оборонительные ракеты класса воздух-воздух Р-55М.

Несмотря на разнообразие арсенала, наличие управляемого оружия и невиданно большую массу нагрузки (до 7т), основным вооружением самолета, как и многих его предшественников, оставалась одна тактическая ядерная бомба. Все серийные самолеты получили специальную окраску с высокоотражающим белым покрытием носовой части, передних кромок крыла и оперения и днища самолета.

Пилотажно-навигационная часть ПНС-24 с системой автоматического управления САУ-6 включала инерциальную систему МИС-П, ДИСС-7, РСБН-6С "Ромб-1К" и PПС "Рельеф", обеспечивавшие автоматическое выполнение полета по заданному маршруту на малой высоте с огибанием препятствий. Су-24 стал первым советским самолетом, специально спроектированным для действий на предельно малых высотах. Управление ПНС-24 осуществляло цифровое вычислительное устройство ЦВУ-10-058 "Орбита-10".

Такое богатство РЭО, конечно, вызывало уважение. Но как всегда была и другая сторона - электроника часто отказывала. Кроме того, увеличилось время подготовки самолета к боевому вылету - только на запуск инерциальной системы требовалось более часа.

Серьезным фактором, тормозившим освоение Су-24, стала дурная слава аварийного самолета, успевшая распространиться в частях. К счастью, значительного числа катастроф в период освоения Су-24 не произошло. Самолеты Су-24 в первую очередь направлялись в части западного направления, в радиусе его действия оказывалась почти вся Западная Европа. Сложный комплекс вооружения привел к тому, что в полках обычно вводилась специализация: одна-две эскадрильи преимущественно обучались применению ракет, и одна готовилась к применению ядерного оружия.

Бомбардировщик Су-24 постоянно совершенствовался. Число точек подвески возросло с шести до восьми, стало возможным применение новых многозамковых балочных держателей. Система регистрации параметров полета САРПП-12 была заменена на новую типа "Тестер". Хвостовая часть стала более узкой, а фюзеляж приобрел скругленные грани (до этого из-за прямоугольного сечения в частях самолет называли "чемоданом"). Киль был увеличен по высоте, а в его основании был сделан воздухозаборник охлаждения электрогенераторов. В ходе эксплуатации самолета максимальная скорость была снижена с М=2.2 до М=1.35, что позволило отказаться от регулируемых клиньев воздухозаборников.

Освоение Су-24 ознаменовало новый этап развития фронтовой авиации: стал возможен быстрый и скрытый маневр силами на огромных пространствах с использованием предельно малых высот и неподготовленных полевых аэродромов. Выпуск самолета Су-24 был закончен в 1983 году с началом выпуска Су-24М. Всего было построено 500 самолетов.