Конструкция цельнометаллическая с широким применением титановых сплавов.
Фюзеляж типа полумонокок с круговым поперечным сечением. Носовая часть отклонена вниз. Летчик располагается на катапультируемом кресле К-36ДМ, обеспечивающем аварийное покидание самолета во всем диапазоне высот и скоростей полета. Летчик экипирован высотно-компенсирующим костюмом или высотным морским спасательным комплектом, защитным шлемом и комплектом кислородного оборудования ККО-5.
Самолет оснащен когерентным импульсно-доплеровским радио­локационным прицельным комплексом РЛПК-27 (диаметр антенны 1076 мм, дальность обнаружения цели класса МиГ-21 в передней полусфере 80 — 100 км, в задней полусфере 30 — 40 км, обеспечивает сопровождение на проходе до 10 целей и одновременный пуск УР по двум целям, поиск и сопровождение целей на фоне земли); оптико-электронной прицельной системой, включающей теплопеленгатор и лазерный дальномер (дальность обнаружения цели: в передней полусфере 40 км, в задней полусфере 90 — 100 км), нашлемной системой целеуказания НСЦ-27; аппаратурой приборного наведения по помехозащищенной линии "Бирюза", осуществляющей вывод самолета на цель в директорном режиме по командам с наземного ПУ; электродистанционной аналоговой системой управления (СДУ) с четырехкратным резервированием; системой ограничительных сигналов (СОС) для предотвращения выхода на закритические режимы; катапультным креслом К-36ДМ.
Пилотажно-навигационный комплекс включает информационный комплекс высокоскоростных параметров "ИК-ВСП", автоматический радиокомпас (АРК-19 или АРК-20), радиовысотомер А-38, радиотехническую систему ближней навигации (РСБН). На самолете имеется система автоматического управления.
Радиосвязное оборудование включает УКВ радиостанцию Р-800, КВ радиостанцию Р-864 и аппаратуру записи переговоров. В состав комплекса РЭБ входит станция предупреждения о радиолокационном облучении "Береза", устройства выброса ИК ловушек и диполей. На крайних крыльевых узлах подвески вместо АПУ возможна установка контейнеров станции помех.
Самолеты СУ-27 серийно строятся в г.