Су-18 был последним шагом в длинном эволюционном пути истребителя-бомбардировщика Су-7. В начале 1960-х годов перед ОКБ П. О. Сухого была поставлена задача глубокой модернизации недавно поступившего на вооружение истребителя-бомбардировщика Су-7. Модернизация была направлена на улучшение бортового радиоэлектронного оборудования, а также взлётно-посадочных характеристик самолёта. Было использовано набиравшее популярность в то время техническое решение – крыло изменяемой геометрии. Ведущим конструктором по новой машине был Николай Григорьевич Зырин.

Первый прототип будущего самолёта имел обозначение Су-7ИГ (внутреннее обозначение в ОКБ – С-22И, обозначение НАТО «Fitter-B») и представлял собой серийный Су-7БМ с новым крылом и несколько изменённой конструкцией фюзеляжа. Использование поворотных консолей (фиксированные значения стреловидности 28°, 45° и 62°), расположенных за основными стойками шасси, и неподвижных внутренних частей крыла позволили упростить конструкцию самолета, сохранить в ней шасси от Су-7, исключить необходимость применения сложных поворотных подкрыльевых узлов подвески и одновременно минимизировать смещение центра давления относительно центра масс при изменении стреловидности консолей. Новое крыло также имело значительные по размаху предкрылки и закрылки.

Первый полёт он совершил 2 августа 1966 года (лётчик-испытатель В. С. Ильюшин), став первым советским самолетом с крылом изменяемой геометрии. В июле 1967 года самолёт был впервые продемонстрирован общественности на воздушном параде в Домодедово.

Последующие испытания выявили улучшение взлётно-посадочных характеристик (взлетная и посадочная скорости Су-7ИГ уменьшились по сравнению с Су-7 на 50-60 км/ч) и увеличение дальности и продолжительности полёта. В ноябре 1967 года вышло совместное Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР о начале серийного производства самолёта в 1969 году. В конструкцию был внесён ряд изменений. Предсерийный самолёт в ОКБ-1 получил обозначение С-32.

Серийное производство самолетов, получивших обозначение Су-17 (обозначение НАТО «Fitter-C»), началось в 1969 году в Комсомольске-на-Амуре на авиационном заводе №126 (ныне КнААЗ им. Ю. А. Гагарина). Помимо нового крыла, Су-17 отличался от своего предшественника новым фонарем кабины и надфюзеляжным гагротом для размещения авионики и дополнительного запаса топлива. Первый полет серийного Су-17 состоялся 1 июля 1969 года, а в октябре 1970 года первой строевой частью, полностью перевооруженной на новую технику, стал 523-й авиационный полк истребителей-бомбардировщиков Дальневосточного военного округа.

В ходе производства Су-17 постоянно модернизировался и самыми совершенными его модификациями стали Су-17М3 и Су-17М4, последняя из которых изготавливалась с 1980 по 1987 год. Всего произведено 2747 самолётов Су-17 всех модификаций. Последней строевой частью в ВВС России, использовавшей Су-17М4 до января 1998 года, была 43-я ОМШАЭ Черноморского Флота, дислоцированная на аэродроме Гвардейское в Крыму.

Действовавшие в составе авиации ВМФ СССР истребители-бомбардировщики Су-17М4 должны были выполнять ударные задачи, хотя с самого начала было ясно, что самолеты данного типа имели недостаточные возможности для нанесения тактических ударов, особенно по морским целям. Фронтовые бомбардировщики Су-24 считались слишком дорогими и сложным и поэтому более перспективным представлялся вариант модернизации Су-17. Основными требованиями были установка радара, способного распознавать и атаковать наземные и морские цели, и более мощный современный двигатель с уменьшенным расходом топлива.

В 1981 году в ОКБ-1 начались работы над новой модификацией Су-17. Группа талантливых разработчиков на основе элементов конструкции проверенного Су-17 стала работать над проектом «легкого Су-24». В ОКБ-1 тема получила обозначение С-54Д. Новый самолет должен был быть оснащен вариантом прицельно-навигационной системы ПНС-24 «Пума», оптимизированным для действий против морских целей. В состав ПНС-24-17 «Пума» входили:

• радиолокатор переднего обзора «Орион-А» с уменьшенным диаметром зеркала антенны;
• радиолокатор предупреждения о столкновении с наземными естественными препятствиями «Рельеф» с уменьшенным диаметром зеркала антенны;
• пассивный радиолокационный пеленгатор «Филин»;
• электронно-оптический визир «Чайка-1»;
• теплопеленгатор ТП-23Е;
• система наведения ракеты Х-23 «Аркан» с радиокомандной линией «Дельта» и телевизионным пеленгатором «Таран»;
• доплеровский измеритель скорости и угла сноса ДИСС-7;
• радиовысотомеры малых (РВ-3МП) и больших (РВ-18А1 «Крона») высот;
• малогабаритная инерциальная система МИС-П;
• система воздушных сигналов СВС-ПН-5-3;
• система автоматического управления самолетом САУ-6;
• система индикации с прицельно-пилотажным визиром ППВ;
• бортовая цифровая вычислительная система на базе БЦВМ «Орбита-10»;
• коммуникационная аппаратура и ряд других систем.
Система ПНС-24-17 «Пума» была предназначена для решения следующих задач:

• круглосуточного всепогодного обнаружения и прицельного поражения тактических наземных целей всеми видами вооружения самолета;
• автономного и автоматического решения задач самолетовождения с программированием заданного маршрута;
• обеспечения безопасного маловысотного полета с предупреждением столкновений и облетом наземных препятствий в вертикальной плоскости;
• обеспечения прицельного поражения маломаневренных воздушных целей (транспортные, связные самолеты и т.п.) при обнаружении их визуально или с помощью теплопеленгатора.
Вскоре стало ясно, что первоначальный планер Су-17М4 с носовым воздухозаборником и центральным неподвижным конусом не может обеспечить необходимое пространство для размещения радиолокаторов. Вследствие этого в ОКБ-1 модернизировали носовую часть самолета с установкой большого обтекателя. Радикально измененный самолет получил обозначение С-54ДМ и в качестве макета был представлен в начале 1983 года.

В целях обеспечения достаточного пространства для размещаемого оборудования воздухозаборники были перенесены к корневым частям крыла и получили прямоугольное поперечное сечение. Первоначальное пушечное вооружение из двух 30-мм пушек было удалено, и вместо них в нижней части фюзеляжа – в пространстве бывшего воздуховода – вместе с частью комплекта бортового оборудования была размещена двухствольная 30-мм пушка ГШ-30-2 с боезапасом 250 снарядов. Дополнительным положительным моментом изменения положения воздухозаборников стало увеличение скорости самолета. Лобовой воздухозаборник с неподвижным конусом Су-17М4 был заменен на боковые регулируемые воздухозаборники с клиньями изменяемой конфигурации, позволившими вновь развивать на высоте скорость свыше 2000 км/ч.

Силовая установка также претерпела изменения. Устанавливавшийся на Су-17 одноконтурный двигатель АЛ-21Ф-3 был заменен на разработанный в этом же НПО «Сатурн» двухконтурный двигатель АЛ-31Ф. Двигатель на форсаже развивал на 1000 кгс большую мощность и вследствие двухконтурной компоновки имел меньший расход топлива. Вследствие увеличенного расхода воздуха через двигатель поперечное сечение воздухозаборников было увеличено. Первые годы АЛ-31Ф имел проблемы с надежностью, но позднее данный параметр удалось довести до требуемых значений.

В 1984-85 годах С-54ДМ проходил испытания по итогам которых он был рекомендован к принятию на вооружение. В 1986 году С-54ДМ, получивший обозначение Су-18, сменил в серийном производстве Су-17М4. В первую очередь Су-18 поступали в авиационные полки Краснознаменных Тихоокеанского и Черноморского флотов, и в начале 1987 года базирующийся на аэродроме Пристань, Шкотовский район Приморского края, 73-й отдельный морской штурмовой авиационный полк был полностью перевооружен на новую технику.

Когда самолет был обнаружен разведывательными спутниками НАТО. Так как нос нового самолета напоминал китайскую модификацию Q-5 советского истребителя МиГ-19, то некоторые ошибочно сочли Су-18 экспортной версией Су-22 для Китая, отношения с которым в это время стали улучшаться. Другие эксперты классифицировали Су-18 в качестве перехватчика, являвшегося облегченной версией истребителя-бомбардировщика. В том или ином случае Су-18 рассматривался как часть обширного семейства Су-7 и получил в НАТО обозначение «Fitter-N».

Су-18 был принят на вооружение только авиацией ВМФ СССР и отношение к нему было двойственным. С одной стороны по своим возможностям он серьезно превосходил Су-17М3 и Су-17М4 (хотя при этом немного проигрывал Су-24). Другим положительным фактором был тот факт, что Су-18 не требовал продолжительной летной подготовки. За три года производства не было изготовлено ни одной спарки, поскольку на роль учебных прекрасно подошли Су-17УМ3.

С другой стороны экипаж из одного человека в сочетании со сложным прицельно-навигационным комплексом повысили требования к летному составу. Допуск к полетам на Су-18 имели летчики-снайперы и летчики 1-го класса, лишь квалификация которых позволяла полностью раскрыть потенциал машины. Другими причинами, перечеркнувшим перевооружение истребительно-бомбардировочной авиации на Су-18, стали ставка на самолеты с двухдвигательной силовой установкой и системный кризис, охвативший СССР в конце 1980-х годов.

В ходе последовавшего за распадом СССР массового сокращения в рамках договора СНВ-2 списывалось множество однодвигательных самолетов. Так из состава ВВС России исчезли МиГ-23/МиГ-27 и Су-17. Но, тем не менее, Су-18 удалось спасти, чему способствовали как их морская специализация, так и их «свежее состояние» (недавние время производства и малый налет). Самолеты данного типа частью вошли в состав авиакрыла тяжёлого авианесущего ракетного крейсера «Адмирал Флота Советского Союза Кузнецов», а частью были проданы за рубеж: к Су-18 проявили серьезный интерес Аргентина, восстанавливавшая свои ВВС после фолклендской войны, и Индонезия и закупили по 40 машин данного типа.

В 1990-х и 2000-х годах во время походов ТАВКР «Адмирал Флота Советского Союза Кузнецов» Су-18 из состава 279-ого отдельного корабельного истребительного авиаполка выполняли множество полетов над акваторией Персидского залива, Средиземного и Северного морей. Летчики в целом характеризовали свою машину положительно, единственным серьезным недостатком с их точки зрения был недостаточный для палубного самолета обзор на взлете и посадке, требовавший при выполнении этих операций особого внимания. В 1995-96 годах несколько Су-18 приняли участие в первой чеченской кампании. В 2010 году в связи с износом самолеты были списаны. Всего в общей сложности было изготовлено 120 истребителей-бомбардировщиков Су-18.