Опытно-конструкторские работы по МиГ-29К велись параллельно с проектированием МиГ-29М. Наряду с корабельной модификацией Су-27, истребитель МиГ-29К должен был стать первым отечественным боевым самолетом, способным осуществлять взлет с палубы корабля и посадку на нее обычным способом, с разбегом и пробегом. До этого в составе ВМФ страны не было ни летательных аппаратов подобного типа, ни кораблей, способных их принимать.

По летно-техническим характеристикам вертикально взлетающие штурмовики Як-38 были далеки от совершенства: их комбинированная силовая установка, состоявшая из подъемно-маршевого турбореактивного двигателя с отклоняемыми соплами и двух подъемных двигателей, потребляла на режимах вертикального взлета и посадки изрядную долю имевшегося на борту топлива, в результате чего дальность полета Як-38 даже без боевой нагрузки была лишь немногим более 500км, а радиус действия вооруженного штурмовика составлял всего 90-160км - по этому показателю Як-38 не мог конкурировать даже с палубными вертолетами.

В 1978 году ММЗ им.Микояна предложил создать на базе МиГ-29 палубного самолета МиГ-29К. При этом планировалось, что "МиГи" дополнят более тяжелые и дорогие Су-27К, подобно тому, как это должно было быть сделано в соединениях истребительной авиации Военно-Воздушных Сил. От "сухопутного" варианта МиГ-29К отличали увеличенный с 3650 до 4000кг внутренний запас топлива, возможность применения подкрыльевых подвесных топливных баков емкостью по 800л. По силовой установке, составу оборудования и вооружения МиГ-29К практически полностью соответствовал МиГ-29. Основной вариант вооружения корабельного истребителя МиГ-29К включал четыре ракеты К-27 и две ракеты ближнего боя К-73.

В состав авиагруппы ТАКР (тяжелого авианесущего крейсера) планировалось включить 18 истребителей Су-27К и 28 истребителей МиГ-29К, взлетавших с катапульты, а также 14 вертолетов: восемь противолодочных, два поисково-спасательных и четыре комплекса радиолокационного дозора. Самолеты авиагруппы теперь предназначались исключительно для противосамолетной обороны крейсера, поэтому на них не предполагалось иметь никакого ударного вооружения. Однако в 1981 году было решено сократить водоизмещение разрабатываемого ТАКР и отказаться от базирования на нем самолетов катапультного взлета и от самих катапульт. Основой авиагруппы корабля опять должны были стать вертикально взлетающие сверхзвуковые истребители Як-141, а для обеспечения взлета таких машин с увеличенной боевой нагрузкой, который мог быть осуществлен только с разбегом, крейсер предстояло оборудовать взлетным трамплином. Летом 1981 года было принято предложение МАП и ВВС о проведении наземных испытаний по укороченному бескатапультному взлету МиГ-29 и Су-27 с трамплина. Основным летательным аппаратом авиагруппы ТАВКР пока по-прежнему оставался Як-141, однако теперь предусматривалось и базирование истребителей МиГ-29К и Су-27К трамплинного взлета и аэрофинишерной посадки.

Проведенные в 1982-1984 годах летные исследования на комплексе "Нитка" подтвердили приниципиальную возможность создания серийных корабельных истребителей трамплинного взлета и аэрофинишерной посадки. Проектирование МиГ-29К началось под руководством Генерального конструктора Белякова в 1984 года на основе модернизированного МиГ-29М. При разработке агрегатов палубной модификации большое внимание было уделено защите самолета от коррозии, учитывались "морские" требования к покрытиям, материалам и герметизации отдельных элементов. В хвостовой части вместо парашютной тормозной установки разместили механизм демпфирования гака. Площадь стабилизатора увеличилась, при этом он получил характерный "зуб" по передней кромке. Возросли размах и площадь крыла, изменилась его механизация - на корабельном истребителе появились двухщелевые закрылки и зависающие на посадке элероны, консоли крыла МиГ-29К выполнили складывающимися. Стойки опор шасси имели большую длину, увеличенный ход амортизаторов и были снабжены узлами для швартовки и буксировки корабельными средствами. Как и МиГ-29М, корабельная машина оснащалась аналого-цифровой электродистанционной системой управления с механическим дублированием в каналах крена и направления. МиГ-29К уже не имел верхних воздухозаборников. Для увеличения дальности полета МиГ-29К оснащался системой дозаправки топливом в воздухе.

Силовая установка МиГ-29К состояла из двух двухконтурных турбореактивных двигателей РД-ЗЗК, которые обеспечивали взлет с корабля самолета массой 17700кг с первой стартовой позиции (дистанция разбега 105м) и массой 22400кг со второй стартовой позиции (дистанция разбега 195м).

Система управления вооружением С-29К, примененная на МиГ-29К, по составу в целом соответствовала СУВ самолета МиГ-29М. Она включала радиолокационный прицельный комплекс РЛПК-29УМ с РЛС НОЮ с улучшенными характеристиками работы над водной поверхностью и оптико-электронный прицельно-навигационный комплекс ОЭПрНК-29М с оптико-локационной станцией ОЛС-М и нашлемной системой целеуказания. В кабине пилота размещался единый многофункциональный пульт управления, что позволяло расширить номенклатуру используемых ракет класса "воздух-поверхность". Многофункциональная система управления вооружением обеспечивала всепогодный поиск, всеракурсное обнаружение, опознавание и измерение координат одиночных и групповых воздушных целей в свободном пространстве и на фоне подстилающей поверхности при воздействии организованных помех. Комплексное использование прицельных систем позволяло скрытно выходить в атаку и применять одновременно несколько видов оружия. Система управления вооружением автоматически обнаруживала и брала на сопровождение до десяти целей, обеспечивая пуск управляемых ракет по четырем целям. Одним из отличий комплекса оборудования МиГ-29К по сравнению с БРЭО самолета МиГ-29М стало включение в его состав системы навигации СН-К "Узел", обеспечивавшей самолетовождение над морем и его посадку на палубу авианесущего корабля.

В течение четырех лет шла напряженная работа по проектированию нового самолета. В июне 1988 года летчик-испытатель Аубакиров поднял его в воздух. Испытательные полеты МиГ-29К в Саки на "Нитке" в 1989 году подтвердили соответствие взлетно-посадочных и летных характеристик машины расчетным. 1 ноября 1989 года, сначала Пугачев на Су-27К, а затем и Аубакиров на МиГ-29К впервые в истории отечественной авиации посадили свои машины на палубу авианесущего крейсера.

Однако Государственные испытания МиГ-29К так и не удалось завершить. В 1991 году было принято решение о прекращение закупок МиГ-29 для ВВС России и сосредоточении имеющихся скудных средств для продолжения производства Су-27. В связи с этим будущее новых модификаций "двадцать девятого", в том числе и МиГ-29К, становилось весьма туманным. Сделанная микояновцами ставка на применение на корабельном истребителе перспективной системы вооружения привела к тому, что в условиях сокращения, а затем и полной приостановки финансирования программы МиГ-29К довести его как авиационный боевой комплекс быстро не удалось.

Для подготовки пилотов МиГ-29К прорабатывался проект двухместной палубной учебно-боевой машины, получившей название МиГ-29КУ. Изучение возможностей использования сухопутного учебно-боевого самолета МиГ-29УБ для тренировки морских летчиков показало, что обзор из задней кабины инструктора явно недостаточен для обеспечения безопасной посадки на палубу. Поэтому кабины инструктора и обучаемого на МиГ-29КУ выполнили раздельными по типу кабин самолетов МиГ-25РУ. Кресло в задней кабине установили с большим превышением относительно переднего, за счет чего на посадке из обеих кабин обеспечивался практически одинаковый обзор. Новое расположение кабин экипажа привело к изменению конструкции и обводов носовой части корпуса самолета. По конструкции основных агрегатов морская учебная машина была аналогична одноместному палубному истребителю. В связи с приостановлением работ по корабельному истребителю МиГ-29К рабочее проектирование его учебного варианта не проводилось.