В 1581 г. казачий атаман Ермак Тимофеевич с небольшим отрядом перешёл Уральские горы, а в октябре 1582 г., недалеко от города Искера, там, где в Иртыш впадает река Тобол, произошла решающая сеча между дружиной Ермака и огромным сибирским войском.
Собирая материал для «Покорения Сибири», художник садился в седло и ехал сотни вёрст, шёл пешком по нехоженым местам, плыл в лодке там, где когда-то плыло казацкое войско. Ему хотелось испытать всё то, что испытала дружина Ермака, проникнуться психологией землепроходцев. В крошечной московской квартирке на Долгоруковской улице расположить огромный холст развёрнутым было невозможно. Приходилось закатывать высохшие края в трубку. Увидеть полотно полностью было невозможно, мешали стены. Чтобы закончить картину, Сурикову пришлось на время переселиться в просторный запасной зал Исторического музея.
Суриков считал, что композиция картины должна выражать главную идею произведения — победу в битве. Он разделил полотно по диагонали: справа — сибирское войско, слева — казацкая дружина, явно выходящая за диагональ, как бы занимая чужую территорию. Казаки на первом плане, их фигуры крупнее и кажутся более мощными, чем отодвинутые на второй план маленькие фигурки сибирских воинов, зажатых в ловушку крутым, скользким берегом Иртыша.
В сибирском же войске — паника. Несколько фигур повернуты спиной, от чего возникает разнонаправленное движение и впечатление сутолоки.
Очень важно расположение полководцев: Ермак в гуще событий, а хан Кучум далеко — на берегу, на белом коне в красном кафтане. Подчиняясь жесту Ермака, казаки в едином порыве устремляются вперёд. Над дружиной Ермака — изображение Спаса Нерукотворного — покровителя русского войска. Предполагают, что такое же знамя реяло над полками Дмитрия Донского на Куликовом поле и в 1552 г. развевалось над войсками Ивана Грозного у стен Казани. Суриков решил, что этот героический стяг должен присутствовать и при окончательной победе над татарами, разгроме их последнего оплота — Сибирского ханства Кучума.