Заложена 21 октября 1933 года на заводе № 198 в Николаеве под заводским номером 265. 1 июня 1934 года «М-24» спущена на воду и 8 июля 1934 года отправлена по железной дороге во Владивосток, где на заводе № 202 (Дальзавод) она была окончательно достроена. 10 октября 1934 года подводная лодка вступила в строй и 16 октября под командованием Докукина Валентина Борисовича вошла в состав Морских сил Дальнего Востока.

    26 декабря 1940 года «М-24» под командованием Яйло Андрея Георгиевича вместе с подводными лодками «М-2», «М-19» и «М-20» совершили первое в мире групповое плавание подо льдом. На борту лодки находился командир дивизиона капитан-лейтенант Сушкин Лев Михайлович.

    6 октября 1944 года «М-24» отправлена по железной дороге на Черное море, и 11 декабря 1944 года прибыла в Поти. В этот же день подводная лодка была зачислена в состав 5-го дивизиона 2-й бригады ПЛ Черноморского флота. Вместе с кораблем прибыл и его тихоокеанский экипаж во главе со старшим лейтенантом Резановым Иваном Дмитриевичем. Так как к этому времени война на Черном море завершилась, подводная лодка участия в боевых действиях не принимала.

    31 мая 1946 года «М-24» разоружена и исключена из состава ВМФ. После демонтажа приборов и механизмов корпус подводной лодки был использован в опытовых целях и окончательно разобран на базе «Главвторчермета» в Батуми в 1955 году.