Разработка двухместного варианта самолёта под обозначением J-10S началась в 2000 г. Главным конструктором его стал Янг Вей (он также был главным конструктором истребителя JF-17). Двухместная модификация отличается наличием второй кабины для инструктора и увеличенным гаргротом. Эта машина может использоваться как тренировочная, обеспечивая завершающий этап подготовки лётчиков-истребителей, как самолёт-лидер, с которого осуществляется управление группой аналогичных одноместных машин, а также в качестве истребителя-бомбардировщика.
Первый полёт опытного образца J-10S состоялся 26 декабря 2003 г. Были построены два опытных экземпляра (бортовые номера «01/1021» и «03/1023»), использовавшиеся для проведения различных испытаний. В конце 2005 г. J-10S завершил программу испытаний и получил сертификат лётной годности.
К марту 2008 г. эти машины эксплуатировались в 7-м истребительном полку 3-й авиадивизии ВВС НОАК и в 132-м истребительном полку 44-й дивизии, дислоцированном на аэродроме Люлян в провинции Юннань.
В настоящее время существуют двухместные варианты на базе модификаций J-10A и J-10B, обозначенные соответственно J-10AS и J-10BS.