苏-33战斗机的结构设计与苏-27有相似之处，由前机身、中央翼和后机身构成。为了适应舰载拦阻着陆所需的高强度要求，其机身主要承力结构得到了强化，例如前起落架支柱与机身主承力结构直接连接，采用了双前轮，以增强其结构强度。主起落架则通过加强的结构和液压减振系统，能承受舰上拦阻降落时高达6～7米/秒的下沉率，尾钩组件安装在强化的中央桁梁上，尾锥长度缩短并采用电子设备替代减速伞，以保证在高迎角下起降的安全性。
机翼部分进行了显著改进，增大了主翼面积，并将苏-27的整体式襟副翼改为位于机翼内侧的2块双开缝增升襟翼，这样提升了苏-33的升力。外翼内侧还配备了折叠机构，折叠后分为固定翼段和可折叠部分，便于控制和存储。然而，早期原型机T-10-3的结构重量增加11%，导致有效负荷受限，需要解决在航母甲板短距离起飞的问题，通过技术措施提高整体升力。
苏-33的特色在于其可动的前翼，其偏转角度从+7°到-70°，与主翼在同一平面上，这不仅增强了纵向安定性，还通过前翼形成的可控涡流提高了俯仰操纵性能。垂直安定面高度比苏-27略高，增强了方向稳定性，提升了侧风条件下的起降性能。水平尾翼同样设置有折叠机构，与主翼折叠后占用面积一致，有助于优化航母甲板的战机部署。
鉴于航母甲板空间的限制，折叠机翼设计对于提高战机部署效率至关重要，能在紧急情况下增加可升空作战的飞机数量。机头雷达罩的折叠功能也是苏-33舰载设计中考虑的灵活性。这些改进都旨在优化苏-33作为舰载战斗机的性能和甲板使用效率。
苏-33的结构和苏-27S基本相同，为了改善飞机的升力特性，提高短距离起飞性能，对苏-33专门进行了改进设计。