Конструкция планера подвергнута глубокой ревизии исходя из требований увеличения назначенного ресурса до 6000 ч и срока службы до 30 лет, а также условий размещения большего запаса топлива, новых бортовых систем и самого современного радиоэлектронного оборудования. В первую очередь для этого усилены основные элементы фюзеляжа, крыла и оперения, шасси. В связи с установкой новой радиолокационной системы управления «Ирбис-Э» и системы дозаправки топливом в полете изменены конструкция и компоновка головной части фюзеляжа: отсек перед кабиной экипажа выполнен теперь по так называемой люковой схеме, без косого шпангоута и откидной юбки конуса. Закабинный отсек оборудования стал короче, а оставшийся объем, до шпангоута, завершающего головную часть фюзеляжа, занимает дополнительный топливный бак. На верхней поверхности средней части фюзеляжа отсутствует тормозной щиток — его функции теперь выполняют дифференциально отклоняемые рули направления. Сами рули получили увеличенную площадь и теперь имеют вертикальную заднюю кромку, а законцовки килей выполнены цельнометаллическими.
В центральной хвостовой балке и боковых балках дополнительные объемы отведены для размещения топлива. Общее его количество на борту возросло более чем на 2 тонны: полная заправка Су-35 составляет 11 500 кг. Кроме того, впервые на истребителях семейства Су-27, обеспечено применение подкрыльевых подвесных топливных баков емкостью по 2000 л. Также впервые на самолетах данного типа в хвостовой части фюзеляжа Су-35 по оси симметрии установлена единая газотурбинная вспомогательная силовая установка ТА14-130-35 разработки НПП «Аэросила» (до этого каждый двигатель снабжался собственным газотурбинным стартером-энергоузлом), предназначенная для запуска основных двигателей, обеспечения электропитания и кондиционирования оборудования и кабины при наземном обслуживании без применения аэродромных средств. Для повышения автономности эксплуатации истребитель снабжен также бортовой кислорододобывающей установкой. В целях снижения радиолокационной заметности в конструкции самолета широко применяются радиопоглощающие материалы, а фонарь кабины имеет электропроводящее покрытие.
К числу важных отличий Су-35 от предыдущих самолетов семейства относится применение на нем новых двигателей типа «117С» разработки НПО «Сатурн», имеющих повышенную на 2000 кгс тягу и увеличенный до 4000 ч назначенный ресурс. Двигатели снабжены комплексной цифровой системой управления и поворотными соплами, реализующими концепцию всеракурсного управления вектором тяги.
Самолет оснащается принципиально новой цифровой комплексной системой управления КСУ- 3 5 с четырехкратным резервированием разработки МНПК «Авионика». С ее помощью реализуется как ручное, так и автоматическое управление самолетом во всех каналах, обеспечивается его устойчивость, управляемость и балансировка, управление отклоняемыми соплами двигателей, реализуется режим сверхманевренности, осуществляется ограничение полетных режимов, управление самолетом на земле и торможение колес шасси.
Важнейшим отличием Су-35 от предыдущих самолетов семейства является комплекс бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) нового поколения, ядром которого является цифровая информационно-управляющая система (ИУС), обеспечивающая взаимодействие между экипажем и системами комплекса бортового оборудования и предназначенная для функциональной, логической, информационной и программной увязки всех систем комплекса БРЭО в единую интегрированную систему.
Принципиальной особенностью Су-35 является применение новейшей радиолокационной системы управления (РЛСУ) с пассивной фазированной антенной решеткой надвухстепенном гидроприводе «Ирбис-Э», разработанной в НИИ приборостроения им. В.В. Тихомирова. Она гарантированно обеспечивает обнаружение и захват типовых воздушных целей на дальности до 200 км (на фоне земли — до 170 км), а в более узком секторе обзора имеет непревзойденные показатели дальности, достигающие для целей с ЭПР 3 м