Су‑30СМ є носієм широкого спектра озброєння. У фюзеляжі літака встановлено 30‑мм автоматичну гармату ГШ‑30‑1 з боєкомплектом 150 пострілів, яка вирізняється високою скорострільністю. Для зовнішнього розміщення засобів ураження передбачено 12 вузлів підвіски: вісім під крилом (зокрема на закінцівках), два під гондолами двигунів і два під центропланом. Максимальна маса бойового навантаження становить близько 8000 кг, а в перевантажувальному режимі може сягати до 10 500 кг.Для ураження повітряних цілей літак застосовує ракети класу «повітря—повітря» різної дальності. До складу озброєння входять ракети малої дальності Р‑73, а також середньої дальності Р‑27 і Р‑77 (РВВ‑АЕ). У межах модернізації до рівня Су‑30СМ2 інтегровано далекобійні ракети Р‑37М.
Р‑73 призначена для ураження літаків і вертольотів у ближньому маневровому бою на заявлених дистанціях до 20–30 км та при перевантаженнях до 12 g. Це забезпечується використанням пасивної інфрачервоної головки самонаведення з широкими кутами захоплення, які в поєднанні з нашоломною системою цілевказування дозволяють атакувати цілі поза віссю польоту літака.Сімейство ракет середньої дальності Р‑27 орієнтоване на ураження повітряних цілей на дистанціях від 50 до 120 км і включає модифікації з інфрачервоними або напівактивними радіолокаційними головками самонаведення. Водночас ці ракети поступово витісняються більш сучасними зразками, зокрема Р‑77. Р‑77 (РВВ‑АЕ) оснащена активною радіолокаційною головкою самонаведення та характерними ґратчастими кермами, що забезпечують підвищену маневровість. Заявлена дальність пуску становить близько 110 км, хоча реальні показники зазвичай нижчі.
Помітним елементом модернізації стала інтеграція ракети Р‑37М, яка позиціонується як керована ракета великої дальності. Вона адаптована для застосування з винищувачів Су‑30 у версії Су‑30СМ2 і, згідно з оприлюдненими фото‑ та відеоматеріалами, вже використовується російськими силами.
Заявлена дальність польоту Р‑37М, залежно від профілю траєкторії та умов пуску, коливається в межах 200–300 км. Втім, досягнення таких показників на практиці виглядає малоймовірним, оскільки ракета потребує постійної радіокорекції з боку носія або зовнішніх засобів для оновлення даних про положення цілі. За відсутності такої корекції ефективність ураження повітряних об’єктів суттєво знижується.
З урахуванням можливостей бортової радіолокаційної станції та реальних умов повітряного бою, практичні дальності застосування Р‑37М, імовірно, обмежуються 50–100 км. Система наведення ракети включає інерціальну навігацію з радіокорекцією на маршовій ділянці польоту, а на фінальному етапі активується активна радіолокаційна головка самонаведення для самостійного захоплення цілі.За твердженнями російських джерел, інтеграція Р‑37М вимагала змін у бортовій радіолокаційній станції та системах управління озброєнням літака. Також заявляється, хоча без офіційного підтвердження, можливість використання радіолокаційної станції з активною фазованою антенною решіткою «Ирбис», відомої як елемент бортового обладнання винищувача Су‑57. Крім того, російські оглядачі стверджують, що літак отримав можливість на бойове застосування цієї наддалекобійної ракети.
Ударні можливості Су‑30СМ забезпечують керовані ракети класу «повітря—поверхня». Для придушення засобів ППО та радіолокаційних станцій застосовуються протирадіолокаційні ракети Х‑31П/ПД і Х‑58. Морські цілі уражаються протикорабельними ракетами Х‑31А/АД або Х‑59М. Також літак здатний застосовувати високоточні керовані авіабомби КАБ‑500 і КАБ‑1500, а також широкий спектр некерованих бомб і реактивних снарядів.
Су‑30СМ може оснащуватися підвісними контейнерами радіоелектронної боротьби для зниження ефективності засобів виявлення противника. Важливу роль у системі керування вогнем відіграє нашоломна система цілевказування, яка дозволяє пілоту захоплювати цілі для ракет ближнього бою шляхом простого повороту голови в бік об’єкта, суттєво спрощуючи ведення ближнього маневрового бою.
