20世紀(jì)50年代到60年代，蘇軍無法在20000米以上的高度摧毀戰(zhàn)略轟炸機和偵察機，這在1960年5月1日蘇軍攔截美軍U-2高空偵察機的嘗試中得到了直觀的證實。正是在這個時候，防空部隊面臨著阻止可能的對手高空偵察機和戰(zhàn)略轟炸機飛行的任務(wù)。防空部隊需要一種能夠在18000至19000米高度飛行，并能發(fā)射“空對空”導(dǎo)彈擊落高度顯著超過攔截戰(zhàn)斗機的飛機。這種飛機就是蘇-15，它是蘇聯(lián)第一種高空攔截機。確保攔截和摧毀海拔超過23,000米的目標(biāo)。

蘇-15在飛行技術(shù)特性上并不是一款杰出的戰(zhàn)機。然而，它是第一款能夠以足夠高的高度（高達(dá)七公里）發(fā)射空對空導(dǎo)彈的蘇產(chǎn)飛機，無論是熱導(dǎo)引頭還是雷達(dá)導(dǎo)引頭的導(dǎo)彈。此外，蘇-15配備了兩臺發(fā)動機，其可靠性遠(yuǎn)高于前幾代飛機。航程和飛行時間也比之前的截?fù)魴C有了顯著提高。所有這些都使得解決大規(guī)模的航空機動和集中力量于威脅方向的任務(wù)成為可能。

蘇霍伊設(shè)計局于1960年春季開始研發(fā)新型截?fù)魴C，作為對原截?fù)魴C蘇-11（T-47）的現(xiàn)代化改進(jìn)，該改進(jìn)型號配備了AL-7Ф-2型發(fā)動機，并利用了剛剛終止的蘇-截?fù)魴CT-3М（T-37）計劃的成果。

新項目被命名為“蘇-15”，工程代號為“T-58”。該項目計劃替換蘇-9和蘇-11截?fù)魴C。蘇-15旨在攔截速度在500至2000公里/小時、高度在500至24000米的空中目標(biāo)?，F(xiàn)代化改進(jìn)包括賦予新型飛機在更廣泛的高低速和迎頭（前半球）飛行目標(biāo)攔截能力。此外，還考慮了實現(xiàn)所有主要攔截階段自動化的可能性。為了在飛機上安裝自動控制系統(tǒng)，T-58的初始布局與T-47相比經(jīng)歷了重大變化——為了在機鼻部分安置更強大的雷達(dá)，取而代之的是帶有錐形中央天線的機鼻進(jìn)氣口，新型戰(zhàn)斗機配備了側(cè)邊的可調(diào)節(jié)平面進(jìn)氣口和垂直制動斜板。隨后，由于提高飛機可靠性的要求，設(shè)計師們從單引擎版本轉(zhuǎn)向了使用R-11F-300雙引擎的方案。最終，蘇-15具備了經(jīng)典第二代超音速戰(zhàn)斗機的完整外觀。取而代之的是帶有錐形中央體的鼻部進(jìn)氣口，新型戰(zhàn)斗機配備了側(cè)邊的平滑可調(diào)節(jié)進(jìn)氣口和垂直剎車楔。隨后，為了提高飛機的可靠性，設(shè)計師們從單引擎版本轉(zhuǎn)向了使用R-11F-300雙引擎的方案。蘇-15以經(jīng)典超音速第二代噴氣式戰(zhàn)斗機的成熟形態(tài)亮相。

試驗飛機的建造工作于1962年初完成，同年5月30日，試驗型號的T58D-1截?fù)魴C進(jìn)行了首次飛行。飛機的國家測試從1963年8月開始，到1964年6月結(jié)束。

與之前測試的蘇-9和蘇-11不同，新型截?fù)魴C幾乎沒有嚴(yán)重的問題。根據(jù)測試結(jié)果，最大的缺點只有飛行距離短，因此在蘇-15上增加了燃料儲備。同時，改進(jìn)了機身后部與機翼連接處的結(jié)構(gòu)，使其線條更直。1965年4月30日，該飛機被批準(zhǔn)進(jìn)入防空航空的戰(zhàn)斗機序列，成為蘇-15-98截?fù)魴C系統(tǒng)的組成部分，包括：蘇-15載機（T-58）；武器系統(tǒng)。由RPM-15（“鷹-D58”）雷達(dá)和R-98“空對空”導(dǎo)彈以及地面自動引導(dǎo)系統(tǒng)“空氣-1”組成的。

單座超音速截?fù)魴C蘇-15是一架全金屬中等翼型飛機，采用常規(guī)氣動布局，配備低置三角翼和流線型機頭。其擁有變截面半單翼結(jié)構(gòu)，兩側(cè)裝有帶垂直剎車口的矩形可調(diào)進(jìn)氣口，以確保發(fā)動機工作。 鼻部裝有雷達(dá)，其天線被錐形無線電透明整流罩覆蓋。

在尾部有四個剎車板，機底下方有一個裝有剎車減速傘的容器，用于縮短飛機的滑跑距離。駕駛艙是單座的（在蘇-15UT和蘇-15UM教練機上是雙座的），是密封的。駕駛艙的風(fēng)擋由一個硅酸鹽玻璃的雨刷和一個熱穩(wěn)定有機玻璃的滑動部分組成。蘇-15的機翼在平面圖上是三角形的，前緣有60°的可變翼形角，從第11系列的飛機開始，機翼上出現(xiàn)了前緣45°的“凸起”。此外，機翼上還有低高度的空氣動力脊。尾翼包括一個方向舵和一個可控制的全動平尾。起落架是前三點式。

蘇-15UT

不同型號的蘇-15戰(zhàn)斗機配備了兩臺渦輪噴氣發(fā)動機，最初是R-11F2S-300，后來是R-11F2SУ-300（在加力燃燒模式下的最大推力為每臺6200千克力），這些發(fā)動機經(jīng)過改裝，可以從副翼處為邊界層控制系統(tǒng)供氣。不久之后，它們被新的R-13F-300發(fā)動機取代（在加力燃燒模式下的最大推力為每臺6600千克力）。燃油系統(tǒng)包括機翼內(nèi)三個機身燃油箱和兩個翼身燃油箱。此外，還可以在機身下掛載兩個副油箱。飛行員的生命維持系統(tǒng)包括空調(diào)系統(tǒng)和氧氣供應(yīng)系統(tǒng)。在10000米以下高度和速度不超過900公里/小時的飛行中，飛行員的標(biāo)準(zhǔn)裝備包括KMK-32氧氣面罩、ZSH-3防護(hù)頭盔和VK-3或VK-4通風(fēng)服。在超音速飛行時，飛行員會穿上高空補償服裝VKK-4、VKK-6或VKK-6P，密封頭盔GS-4MS、GS-6M或GS-4MP。

緊急疏散系統(tǒng)配備由蘇霍伊設(shè)計局開發(fā)的帶彈射座椅的KSY-4裝置，確保在0米高度及飛行速度范圍內(nèi)（包括加速和速度超過140-150公里/小時的滑行）安全離開飛機。

第一批蘇-15飛機沒有自動駕駛儀，之后安裝了自動化飛行管理系統(tǒng)SAU-58，該系統(tǒng)能夠根據(jù)地面引導(dǎo)系統(tǒng)“空氣-1”和數(shù)據(jù)傳輸線“蘭色”全自動化完成對空目標(biāo)的攔截過程（直至發(fā)射導(dǎo)彈），無需飛行員參與。導(dǎo)航設(shè)備確保飛機在晝夜復(fù)雜和簡單氣象條件下飛行。其組成部分包括：KSI-5型航向系統(tǒng)；UKV頻段的RSIU-5（R-802）無線電通信站；RSP-6型盲降雷達(dá)系統(tǒng)。機載設(shè)備包括“蘭色”（ARL-S）無線電導(dǎo)航系統(tǒng)綜合引導(dǎo)系統(tǒng)和“警報-2”預(yù)警站。蘇-15的武器系統(tǒng)也非常強大。它配備了強大的雷達(dá)瞄準(zhǔn)鏡RPM-15“鷹-D58”、“鷹-D58M”或“鷹-D58PA”，帶有拋物面天線，能夠在遠(yuǎn)距離上發(fā)現(xiàn)和鎖定目標(biāo)。在現(xiàn)代化的蘇-15TM上，安裝了當(dāng)時更強大的“臺風(fēng)-M”雷達(dá)，能夠在高高度飛行時發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，發(fā)現(xiàn)距離可達(dá)65公里，低高度時為15公里。目標(biāo)鎖定距離分別為45公里和10公里。實際上，這標(biāo)志著在防空戰(zhàn)斗機中首次能夠進(jìn)行不與對方飛機目視接觸的空戰(zhàn)。

蘇-15戰(zhàn)斗機的武器裝備包括兩種中等航程的空對空導(dǎo)彈——一種配備半主動雷達(dá)制導(dǎo)頭的R-98R導(dǎo)彈，另一種配備被動紅外制導(dǎo)頭的R-98T導(dǎo)彈（最大射程可達(dá)20公里），以及兩到四枚配備紅外制導(dǎo)系統(tǒng)的短程空對空導(dǎo)彈R-60。導(dǎo)彈可以單發(fā)或齊射。機體下可以掛載兩個UPK-23-250集火箱，里面裝有23毫米雙管火炮GSH-23L，這顯著增強了蘇-15對空對地目標(biāo)的火力。在特殊情況下，也可允許掛載兩枚FAAB-250航空炸彈。

蘇-15戰(zhàn)斗機的批量生產(chǎn)從1966年到1970年在第153工廠（位于新西伯利亞市，以V.P.加加林命名）進(jìn)行。在這段時間里，共組裝了422架蘇-15飛機。在同一家工廠，1969年，除了單座的蘇-15，還開始批量生產(chǎn)雙座的蘇-15UT教練機，該生產(chǎn)一直持續(xù)到1971年底。蘇-15的改進(jìn)工作一直在進(jìn)行。在批量生產(chǎn)過程中，為了改善蘇-15的起飛和著陸性能，引入了UPС系統(tǒng)——襟翼上的邊界層吹除系統(tǒng)。從20世紀(jì)60年代末開始，蘇霍伊設(shè)計局開始進(jìn)行蘇-15大幅現(xiàn)代化的工作，以提高其戰(zhàn)斗性能，特別是增加其對目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)和打擊距離。為此，飛機上安裝了新的“臺風(fēng)”雷達(dá)，取代了“龍卷風(fēng)”雷達(dá)，并對導(dǎo)彈武器進(jìn)行了現(xiàn)代化改造。新型號被命名為蘇-15Т（工廠編號為T-58T）。在1969 - 1970年間，生產(chǎn)了一小批20架配備“臺風(fēng)”機載雷達(dá)的蘇-15Т截?fù)魴C。1970年，出現(xiàn)了改進(jìn)型的“臺風(fēng)-M”雷達(dá)，安裝在最完善的蘇-15ТМ截?fù)魴C型號上。在這架飛機上安裝了新的強大的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機R-13F-300。此外，蘇-15ТМ還配備了全新的“蔚藍(lán)”機載設(shè)備，與地面引導(dǎo)系統(tǒng)“空氣-1M”配合使用，能夠以手動、半自動和自動控制模式引導(dǎo)戰(zhàn)斗機鎖定目標(biāo)。確保在后半球范圍內(nèi)攔截單個空中目標(biāo)，高度在500至24,000米之間，速度可達(dá)1600公里/小時；在前半球范圍內(nèi)攔截高度在2,000至21,000米之間，速度可達(dá)2,500公里/小時。此外，根據(jù)軍方要求，該型號還具備對地面目標(biāo)使用武器的能力（航空炸彈、Kh-98M空對空導(dǎo)彈和火炮容器）。1975年1月21日，蘇-15TM作為現(xiàn)代化的蘇-15-98M攔截系統(tǒng)的一部分被接收用于防空航空部隊。

蘇-15TM的批量生產(chǎn)在新西伯利亞的工廠進(jìn)行，從1971年到1976年。總共生產(chǎn)了450架蘇-15TM。在蘇-15TM批量生產(chǎn)的過程中，其設(shè)備和武器系統(tǒng)也多次進(jìn)行改進(jìn)和現(xiàn)代化。從第6批開始，蘇-15TM配備了SAU-58-2自動控制系統(tǒng)的，使其能夠攔截低空目標(biāo)，而從第8批開始，機頭的錐形透明天線罩被橢圓形的天線罩取代。這消除了由于錐形天線罩內(nèi)表面的虛假反射信號而引起的機載雷達(dá)屏幕上出現(xiàn)的干擾，但同時也將飛機的實用升限天花板降低到18,100米。

自1979年以來，蘇-15TM飛機開始配備帶有近距離空對空導(dǎo)彈R-60的附加機翼掛架（飛機可以攜帶兩枚或四枚這種類型的導(dǎo)彈）。不久之后，R-98空對空導(dǎo)彈被更先進(jìn)的R-98M導(dǎo)彈取代，這兩種導(dǎo)彈也提供了兩種版本——帶有半主動雷達(dá)制導(dǎo)頭和紅外制導(dǎo)頭。R-98M導(dǎo)彈能夠以0.6-0.8的概率在最大射程24公里內(nèi)擊中“轟炸機”類目標(biāo)，高度范圍在500到23,000米之間，采用雙彈齊射。蘇-15TM截?fù)魴C在很多年里一直是蘇聯(lián)防空航空的主要戰(zhàn)斗機之一。1976年，基于蘇-15TM建立的新的教練-訓(xùn)練戰(zhàn)斗機蘇-15UHM開始交付給防空部隊。配備有四個帶有熱成像彈頭的導(dǎo)彈（2xR-98M和2xR-60）和兩個UPK-23-250，但沒有機載雷達(dá)。蘇-15УМ的批量生產(chǎn)于1976年至1981年在新西伯利亞進(jìn)行。在整個批量生產(chǎn)期間，制造了大約1400架各種型號的蘇-15。

與蘇聯(lián)空軍和防空航空裝備的其他飛機相比，蘇-15在防空航空的發(fā)展中代表了一個質(zhì)的飛躍。因此，蘇聯(lián)國防部和防空部隊對這架飛機給予了高度重視。它應(yīng)該成為標(biāo)準(zhǔn)的截?fù)魴C，并取代防空部隊中多款過時的飛機。新型戰(zhàn)斗機的培訓(xùn)在防空部隊的紅色旗幟航空訓(xùn)練中心開始，該中心位于薩沃斯特利卡村（加里寧格勒州）。該中心的594號訓(xùn)練截?fù)魴C部隊是主要部隊，其人員自1967年1月開始學(xué)習(xí)駕駛蘇-15。

在20世紀(jì)70年代至80年代，蘇-15截?fù)魴C是蘇聯(lián)防空部隊航空兵的主體，是數(shù)量最多的現(xiàn)代化截?fù)魴C群。到20世紀(jì)70年代中期，蘇-15飛機已裝備了29個戰(zhàn)斗機團(tuán)，占防空部隊所有戰(zhàn)斗航空團(tuán)的三分之一以上。蘇-15飛機執(zhí)行了大量對入侵蘇聯(lián)領(lǐng)空的外國飛機的攔截任務(wù)。1970年，首次蘇-15攔截行動發(fā)生在9月11日至12日凌晨，第62戰(zhàn)斗機團(tuán)的飛行員在自己的機場迫降了一架希臘空軍C-47飛機。最著名的一次蘇-15的戰(zhàn)斗使用是在1983年9月1日凌晨，當(dāng)時777戰(zhàn)斗機團(tuán)的中校G.N.奧西波維奇攔截并擊落了韓國客機——波音747(該機墜入海峽，機上269人全部遇難)，這架飛機侵入了蘇聯(lián)在堪察加和薩哈林上空的邊界，其執(zhí)飛航線為安克雷奇-首爾。

另一個不太為人知的戰(zhàn)斗場面是，蘇-15成功進(jìn)行了空中撞擊。1981年7月18日，從伊朗方向進(jìn)入蘇聯(lián)南高加索邊界的是CL-44型運輸機。為了攔截這架飛機，起飛了來自166號戰(zhàn)斗機中隊的兩架蘇-15，其中一架由V.A.庫利亞平中隊長駕駛。在時間緊迫的情況下，由于威脅違反者越境，庫利亞平按照地面命令撞擊了這架飛機，之后他自己也成功彈射出去。為了這一壯舉，這位飛行員被授予了蘇聯(lián)紅星勛章。

蘇-15/蘇-15TM 型號飛機在蘇聯(lián)空軍和防空部隊裝備至1991年，而在俄羅斯聯(lián)邦武裝力量中則裝備至1994年。