Работы над созданием нового самолета начались в ОКБ Павла Осиповича Сухого после принятия на вооружение ВВС СССР истребителя-бомбардировщика Су-7Б в 1961 году. ОКБ было поручено создание новой модификации самолета, предназначенной для всепогодного применения и уничтожения малоразмерных целей. С 1962 года в ОКБ была развернута работа по проектированию принципиально нового самолета, получившего обозначение С-6. В ходе проводимых работ ВВС скорректировали тактико-технические требования (ТТТ) к новому самолету. Одним из основных условий военных являлось требование обеспечения на самолете длительного сверхзвукового низковысотного полета для преодоления зоны ПВО противника.

В ОКБ тема получила рабочий шифр Т-6. Рабочее проектирование нового самолета завершили в конце 1966 года. В ходе испытаний новой машины прорабатывались пути улучшения ее взлетно-посадочных характеристик (ВПХ).

С середины 1967 года в ОКБ началась проработка самолета Т-6 в варианте с крылом изменяемой стреловидности. Создание самолета было задано постановлением правительства от 7 августа 1968 года. Рабочее проектирование Т-6 в новом варианте было проведено в 1968-69 гг. Постройка двух опытных экземпляров завершена к осени 1969 года. Первый полет на самолете В.С.Ильюшин выполнил 17 января 1970 года. Государственные испытания самолета проводились 4 года: с января 1970-го по июль 1974-го. Столь долгий срок объясняется большой сложностью и новизной задач, которые пришлось решать ОКБ совместно с военными в ходе отработки новой машины.

Как отметили в пресс-службе Компании «Сухой», Т-6 стал первым в СССР ударным самолетом тактической авиации, обеспечивающим круглосуточное и всепогодное применение. Отличительной особенностью Т-6 являлось применение крыла изменяемой стреловидности, что обеспечивало самолету приемлемые ВПХ и высокий уровень летно-технических характеристик на различных режимах полета. В конструкции самолета широко применялись длинномерные фрезерованные панели. Впервые в отечественной практике для двухместных самолетов такого класса была применена схема расположения экипажа «рядом» и новые катапультные кресла, обеспечивающие спасение во всем диапазоне высот и скоростей полета.

Постановлением правительства от 4 февраля 1975 года самолет Т-6 был принят на вооружение под обозначением Су-24. Его серийное производство было развернуто с 1971 года в кооперации двух заводов – Комсомольского-на-Амуре им. Ю.А.Гагарина и Новосибирского завода им. В.П.Чкалова.

Серийное производство Су-24 продолжалось до 1983 года, после чего начался выпуск его новой модификации – Су-24М. По оценке специалистов, боевая эффективность Су-24М по сравнению с Су-24 выросла в 1,5-2 раза. Серийный выпуск Су-24М продолжался вплоть до 1993 года. Суммарный серийный выпуск самолетов типа Су-24 составил около 1400 самолетов.

Главным конструктором самолета в период с 1965 по 1985 год являлся Евгений Сергеевич Фельснер, а с 1985 года работы по теме Су-24 в ОКБ возглавлял Леонид Андреевич  Логвинов.