Первой полноценной модификацией самолета Су-27 стал его учебно-боевой двухместный вариант - Су-27УБ (обозначение в ОКБ - Т-10У). Большая размерность самолета позволила разместить второго члена экипажа, подвергнув базовую машину минимальным переделкам. Кабина пилота осталась без изменений. Место инструктора пришлось приподнять, так как за кабиной пилота находится отсек передней опоры шасси. Это позволило обеспечить хороший обзор второму члену экипажа. Оба места - инструктора и обучаемого - закрыты единой сбрасываемой частью фонаря, которая открывается вверх - назад, как и на боевой машине.

С увеличением высоты кабины пилотов возрос объем фюзеляжа, что позволило сохранить состав оборудования, характерный для исходного истребителя. Выросла и площадь боковой проекции головной части фюзеляжа, что повлекло увеличение площади вертикального оперения для сохранения путевой устойчивости. Чтобы максимально сохранить базовую конструкцию, кили были подняты на 425 мм с помощью вставок, что обеспечило унификацию агрегатов боевого и учебного самолетов. Тормозной щиток также доработали - его площадь выросла за счет увеличения длины примерно на 300 мм, из-за чего антенну радиокомпаса немного сместили назад. В конструкции крыла Су-27УБ предусмотрели размещение двух дополнительных точек подвески. В остальном учебный вариант практически ничем не отличается от боевого самолета. Как и Су-27, коммерческий вариант Су-27УБ (Су-27УБК) поставлялся в Китай и Вьетнам. Все изменения, связанные с продажей за рубеж, идентичны Су-27СК.

То, что на Су-27УБ удалось оставить полноценный комплекс вооружения, позволило, кроме учебных, решать и боевые задачи аналогично базовой модели. В дальнейшем это сыграло положительную роль при создании новых модификаций: Су-30, Су-ЗОМК и Су-ЗОМКИ. Несколько первых опытных машин сделали в Комсомольске-на-Амуре, а серийное производство было налажено на Иркутском авиационном заводе (ныне ИАПО), где самолет получил заводской шифр "изделие 10-4".