Công việc phát triển Su-6 bắt đầu vào năm 1939, khi phòng thiết kế Sukhoi bắt đầu làm việc thiết kế một loại máy bay cường kích một chỗ bọc giáp. 2 mẫu được chế tạo vào 4 tháng 3-1940, và 1 chiếc đã bay thử nghiệm vào 1 tháng 3-1941 và phi công điều khiển là A.I. Kokin.[1]

Những chuyến bay thử nghiệm chỉ ra Su-6 cao cấp hơn đối với Ilyushin Il-2 trong mọi hiệu suất, tuy nhiên động cơ của nó bị giới hạn tuổi thọ trước khi việc thử nghiệm được hoàn tất, không có động cơ Shvetsov M-71 nào được cung cấp thay thế.[1]

Mẫu thứ 2 chỉ bay 1 lần vào tháng 1-1942, vì OKB phải sơ tán khi bắt đầu chiến tranh vệ quốc vĩ đại.[2] Nó được trang bị 2 pháo 23 mm, 4 súng máy và 10 rãnh phóng tên lửa. Những kết quả thử nghiệm rất thuận lợi, Viện nghiên cứu khoa học AFRA giành được một lô sản xuất nhỏ thử nghiệm với vai trò máy bay tiêm kích tại tiền tuyến. Một quyết định phác thảo sản xuất 25 máy bay đã sẵn sàng, tuy nhiên không may cho Sukhoi, nó không bao giờ được ban bố.[1]

Kinh nghiệm chiến đấu trên Il-2 đã chỉ ra sự cần thiết của xạ thủ phía sau. Do đó, mẫu thứ 3 được thiết kế với tổ lái hai người, giảm tải trọng mang bom (giảm từ 400 kg {880 lb} xuống 200 kg {440 lb}), và trang bị động cơ khỏe hơn M-71F. Những cuộc thử nghiệm chính thức đã phát hiện ra rằng Su-6 hai chỗ có tốc độ lớn hơn Il-2 là 100 km/h (54 knots, 62 mph), dù với một trọng tải nhỏ đáng kể.[2] Khi rắc rối với M-71 được chấm dứt, Sukhoi được lệnh dùng động cơ Mikulin AM-42. Khi chuyến bay thử nghiệm được bắt đầu vào 22 tháng 2-1944, động cơ thay thế của Su-6 tỏ ra kém hơn động cơ cùng loại trên Ilyushin Il-10 do bổ sung 250 kg (550 lb) áo giáp đẻ bảo vệ động cơ và công suất hao phí thoát ra của AM-42 thấp hơn M-71F.[2]

Dù Su-6 chưa bao giờ được sản xuất, vào năm 1943, Sukhoi được tặng Giải thưởng Stalin cho việc phát triển máy bay.[1]