Su-15T-58Nguyên mẫu của Su-15.Su-15 (Flagon-A)Phiên bản sản xuất đầu tiên.T-58VD (Flagon-B)Mẫu duy nhất sử dụng 3 ống phụt nâng phụ Kolesov ở thân máy bay để cung cấp khả năng STOL cho máy bay. Không được sản xuất hàng loạt.Su-15UT (Flagon-C)Phiên bản huấn luyện không có radar và khả năng chiến đấu, sử dụng từ năm 1970.Su-15 (Flagon-D)Phiên bản với đầu mút cánh mở rộng chế tạo từ năm 1969.Su-15T (Flagon-E)Phiên bản trang bị radar Volkov Taifun, 10 chiếc.Su-15TM (Flagon-F)Phiên bản Su-15T cải tiến với radar Taifun-M và thay đổi hình dáng khí động học, sử dụng từ năm 1971. Vòm che radar đã được thiết kế mới để cải tiến hiệu năng radar.Su-15UM (Flagon-G)Phiên bản huấn luyện của Su-15TM không có radar và khả năng chiến đấu, chế tạo từ 1976 đến 1979.U-58UMNguyên mẫu của Su-15UM với radar Taifun-M, không sản xuất hàng loạt.Su-15ShĐề xuất với cấu hình của máy bay cường kích siêu âm, đưa ra vào năm 1969. Không chế tạo.Su-15-30Phiên bản đề xuất dùng chung radar và tên lửa với MiG-25; không chế tạo.Su-15bisSu-15TM chuyển đổi với động cơ R-25-300 tạo công suất 15.652 lb (69.9 kN) khi đốt nhiên liệu lần hai để cải thiện hiệu suất; được phê chuẩn để sản xuất hàng loạt, nhưng không chế tạo vì thiếu động cơ.Su-19Phiên bản đề xuất tiên tiến với động cơ R-25-300, cánh hình cung nhọn, và thêm vào các giá treo cho tên lửa. Không chế tạo

Một số báo cáo của Phương Tây gọi Su-15TM với tên gọi Su-21 và Su-15UM là Su-21U. Những báo cáo này là sai. Tên gọi Su-21 dành cho Su-17M4 nhưng không bao giơ sử dụng.[2]