Розробка літака почалася навесні 1960 року, в рамках модернізації вихідного перехоплювача Су-11 (Т-47). Новий проект отримав позначення Су-15 і робочий шифр Т-58 . Модернізація передбачала додання літаку можливості перехоплення цілей в більш широкому діапазоні висот і швидкостей польоту, в т.ч. на зустрічних курсах (у передню півсферу цілі). Крім цього, розглядалася можливість автоматизації всіх основних етапів перехоплення, для чого на літаку повинна була встановлюватися система автоматичного керування.

Спорудження дослідного літака було завершено на початку 1962 року , перший політ дослідний екземпляр перехоплювача Т58Д -1 здійснив 30 травня 1962 (льотчик-випробувач В.С. Ілюшин). Державні спільні випробування (ГСВ) літака провели в короткі терміни, з серпня 1963- го по червень 64-го року. На відміну від раніше випробуваних Су-9 і Су-11, вони пройшли без серйозних зауважень. 30 квітня 1965 літак був прийнятий на озброєння у складі комплексу перехоплення Су15-98, що включав літак-носій Су-15 (Т-58 ), систему озброєння з радіолокаційною станцією РП-15 ( «Орел-Д-58») і ракетами Р-98 в двох варіантах: з напівактивною радіолокаційною ГСН і пасивною тепловою ГСН, а також наземну частину-систему наведення типу «Повітря-1М ». Таким чином, Су-15 став третім, після Су-9 і Су-11, серійним перехоплювачем ДКБ, прийнятим на озброєння у складі комплексу перехоплення.

Навчально-тренувальний варіант літака (У-58Т) побудували на заводі в м. Новосибірську в 1968 році, 28 серпня 1968 льотчик- випробувач ОКБ Є.К. Кукуш здійснив на ньому перший політ. Державні випробування завершилися в 1969 році, в 1970 році літак був прийнятий на озброєння під позначенням Су-15УТ і серійно випускався до кінця 1971 року.

Починаючи з середини 60- х в ДКБ проводилися роботи з модернізації початкового варіанту Су-15 в напрямку підвищення його бойових характеристик - збільшення дальності виявлення і ураження цілей. Для цього на літаку планувалося встановити нову РЛС « Тайфун» (варіант РЛС «Смерч ») і модернізувати ракетне озброєння. Нова модифікація отримала позначення Су-15Т (заводський шифр Т-58Т). Додатково, на вимогу військових, на літаку передбачалася можливість застосування зброї по наземних цілях (бомби, НУРС і гарматні контейнери). Дослідний літак з новим обладнанням збудували наприкінці 1968 року, перший політ льотчик-випробувач В.А. Кречетов виконав на ньому 31 січня 1969. Державні випробування проводилися в період 1969-73 р.р. , і 21 січня 1975 літак у складі модернізованого комплексу перехоплення Су-15-98М був прийнятий на озброєння.

На початку 1976 року було побудований дослідний екземпляр модернізованого двомісного літака - Су-15УМ, перший політ на ньому виконав 23 квітня 1976 екіпаж заводських льотчиків-випробувачів у складі : В.Т. Виломов і В.А. Белянін. Випробування літака завершили в листопаді 1976 - го, серійне виробництво Су-15УМ здійснювалося до 1981 року включно.

Всього на Новосибірському авіазаводі було випущено близько 1300 літаків типу Су-15. Серйозних програм модернізації Су-15 в строю не проводилося, якщо не рахувати того, що наприкінці 70-х - початку 80-х р.р. весь наявний парк цих машин був допрацьований для забезпечення підвіски на додаткових пілонах під крилом 2- х ракет ближнього бою типу Р-60.

У період найбільшого розгортання, Су-15 перебували на озброєнні 29 винищувальних авіаполків, що складало більше третини (!) стройових авіачастин військ ППО.

На озброєнні військ ППО і ВПС СРСР літаки типу Су-15 (Су-15ТМ ) були до 1991 року; в складі збройних сил РФ - до 1994 року, а на Україні - до 1996 року включно. Останньою стройової частиною, що мала на озброєнні літаки типу Су-15, був авіаполк збройних сил України, що базувався на аеродромі Бельбек в Криму.

Екіпаж: 1 пілот.

Розмах крила: 9,34 м;

Довжина: 22,03 м;

Висота: 4,84 м;

Площа крила: 36,6 м2;

Маса порожнього літака: 10874 кг;

Максимальна злітна маса: 17900 кг;

Маса палива: 5550 кг;

Силова установка: 2 × ТРДФ Р-13Ф-300

Максимальна швидкість: 2230 км/год;

Практична дальність польоту без дозаправки: 1380 км;

Практична стеля: 18500 м;

Навантаження на крило (при нормальній злітній масі): 397 кг/м2;

Довжина розбігу: 1000 м

Бойове навантаження (максимальне): 45000 кг