На протяжении многих лет ПВО арктических районов Советского Союза оставалась недостаточной. Аэродромы с мощным аэронавигационным оборудованием были на Севере редкими, между ними лежали огромные пространства. Стоявшие на вооружении частей ПВО перехватчики не могли обеспечить надежное прикрытие либо из-за небольшого радиуса действия (МиГ-25ПД или Су-15ТМ), либо из-за устаревшей системы вооружения (Як-28П или Ту-128). Поэтому, имея за плечами опыт создания МиГ-25, ОКБ Микояна начало разработку перехватчика, способного длительное время патрулировать над пустынными арктическими районами и одновременно уничтожать различные воздушные цели, в том числе малоразмерные крылатые ракеты, при любой погоде и при интенсивном ведении РЭБ. Экипаж должен был состоять из летчика и штурмана-оператора систем вооружения.

Перехватчик МиГ-31 стал дальнейшей модернизацией самолета МиГ-25. Первоначально проект модернизации Е-155МП предусматривал создание двухместного многоцелевого самолета с крылом изменяемой стреловидности. Однако дальнейшие исследования по теме показали, что конструкция получилась перетяжеленной и скороподъемность и практический потолок перехватчика оказались ниже заданных. В 1971 году для самолета была окончательно утверждена схема с фиксированным высокорасположенным трапециевидным крылом с корневыми наплывами, отклоняемыми носками, зависающими элеронами и закрылками, цельноповоротным стабилизатором и двухкилевым оперением. В качестве силовой установки были выбраны два ТРДДФ ОКБ Соловьева Д-30Ф.

Главные опоры шасси имели двухколесные тележки, допускающим эксплуатацию самолета с грунтовых или ледовых ВПП. Передние створки ниш главных опор шасси одновременно служили воздушными тормозами. Кабина штурмана-оператора оборудована дублирующей системой управления.

Важнейшим отличием нового перехватчика стала его система вооружения. Самолет впервые в мире был оснащен РЛС с фазированной антенной-решеткой - импульсно-доплеровской БРЛС "Заслон". Система управления вооружением позволяет обнаруживать и сопровождать до 10 различных целей и одновременно наводить ракеты на четыре цели. Вооружение самолета МиГ-31 состоит из ракет "воздух-воздух" и встроенной шестиствольной пушки ГШ-6-23М калибра 23мм. Основным вариантом вооружения самолета являются 4 ракеты большой дальности Р-33, размещаемые парами одна за другой под фюзеляжем на авиационных катапультных устройствах АКУ-410. Кроме того, на внутренних подкрыльевых точках подвески могут размещаться две ракеты средней дальности Р-40ТД или четыре ракеты ближнего боя Р-60М с тепловыми головками самонаведения.

Самолет оснастили и выдвижным контейнером инфракрасного поиска и прицеливания, позволяющим скрыто осуществлять поиск и применять оружие, а также действовать в условиях интенсивных радиоэлектронных помех. Использование цифровой системы закрытой связи АПД-518 обеспечивает обмен радиолокационной информацией в группе из четырех самолетов МиГ-31, удаленных до 200км, и наведение на цель группы истребителей, имеющих менее совершенное БРЭО. Навигационное оборудование включает радионавигационные системы дальней навигации "Тропик" и "Маршрут", которые обеспечивают возможность использования самолета на арктическом ТВД.

Первый полет на самолете Е-155МП был выполнен в сентябре 1975 года. Необходимость в новом перехватчике была такой высокой, что решение о его серийном производстве было принято эадолго до завершения программы испытаний. Первый серийный МиГ-31 был собран весной 1977 года. В начале 1980 года испытания самолета были, в основном, завершены, и в 1982 году начались поставки перехватчиков в части ПВО.

Первый опыт эксплуатации МиГ-31 показал, что самолет имеет недостаточную дальность, поэтому на перехватчик установили систему дозаправки топливом в полете с выдвижной штангой. На модификации МиГ-31Б система дозаправки стала стандартной.

В 1985 году в Москве органами КГБ был задержан некий гражданин Адольф Толкачев. Выяснилось, что он передавал западным спецслужбам секретные данные по системам вооружения МиГ-29 и МиГ-31. Это вынудило конструкторов ускорить введение на МиГ-31 новой системы вооружения. В результате на МиГ-31Б установили улучшенную радиолокационную станцию, доработанные ракеты Р-33С и двигатели Д-30Ф6. Все ранее выпущенные самолеты были доработаны до стандарта МиГ-31Б. Такие самолеты получали индекс МиГ-31БС. Заодно установили штангу дозаправки на тех машинах, где ее не было.

МиГ-31М, разработанный в 1985 году, стал дальнейшим развитие самолета МиГ-31 с новой системой управления вооружением "Заслон-М". На самолет установлена РЛС с увеличенной вдвое дальностью действия (320км), что позволило ввести в комплекс вооружения истребителя новые ракеты большой дальности Р-37. Шесть таких ракет подвешивалось под фюзеляжем, кроме того на пилонах подвешивались еще четыре новейших ракеты средней дальности РВВ-АЕ. Пушку сняли. Система может осуществлять одновременное сопровождение до 24 целей и наведение УР на 6 различных целей. Самолет оснащался новой оптико-электронной системой, состоявшей из инфракрасного визира и лазерного дальномера. Больший диаметр антенны РЛС потребовал большего обтекателя. Чтобы не мешать обзору летчика, носовая часть перед кабинами экипажа была отклонена вниз на 7°. Возросший взлетный вес повлек установку и более мощных двигателей Д-30Ф-6М.

Значительные новшества коснулись кабин летчиков. Изменились откидные части фонаря членов экипажа. Лобовое стекло кабины летчика для улучшения обзора стало монолитным. У штурмана сняли ручку управления, а площадь остекленения уменьшили и убрали перископ. В кабине оператора МиГ-31М установлено три многофункциональных дисплея. На концах крыла установлены контейнеры с оборудованием для радиоэлектронной разведки или электронного противодействия. Вместо убирающегося теплопеленгатора на самолете установлен оптикоэлектронный комплекс с инфракрасным и лазерным каналами. Системы индивидуальной защиты и радиоэлектронного противодействия объединены в бортовой комплекс обороны.

Прототип МиГ-31М впервые поднялся в воздух в декабре 1985 года. Из-за тяжелой экономической ситуации в стране самолет так и не пошел в серию, но решения, испытанные на МиГ-31М, использовались в программе модернизации МиГ-31Б в многоцелевой МиГ-31БМ.

Программа модернизации перехватчиков МиГ-31 в многоцелевой вариант МиГ-31БМ, начатая в 1999 году, значительно увеличивает боевые возможности самолета. Машину оснастили системой управления вооружением на основе СУВ "Заслон-М", испытанной на МиГ-31М. Новый МиГ стал многоцелевым самолетом, несущим высокоточное оружие для поражения как воздушных, так и наземных целей. Модернизированные варианты самолета могут нести до шести противорадиолокационных ракет Х-31П, Х-25МП или Х-25МПУ, до шести противокорабельных Х-31А, до трех ракет класса "воздух-поверхность" Х-59 и Х-29Т или две Х-59М, до шести корректируемых авиабомб КАБ-1500 или до восьми КАБ-500 с телевизионным или лазерным наведением. Максимальная масса боевой нагрузки составляет 9000кг.

Бортовое оборудование самолета МиГ-31БМ обеспечивает возможность эффективного взаимодействия с зенитными ракетными комплексами ПВО. Кроме борьбы с воздушными и наземными целями этот самолет может использоваться и в качестве воздушного командного пункта, координирующего действия истребителей других типов, оснащенных менее мощными радарами. Перехватчик может наводить на воздушные цели ракеты, запущенные с борта других истребителей, сближающихся с противником на дистанцию ракетного залпа в режиме радиолокационного молчания. Перехватчик МиГ-31 в конце XX века являлся единственным в мире серийным самолетом, способным эффективно бороться с малозаметными и маловысотными крылатыми ракетами типа ALCM или "Томагавк".

На предлагаемом экспортном варианте истребителя МиГ-31ФЭ с доработанной системой вооружения и новым оборудованием могут устанавливаться и интегрироваться с российскими системами образцы вооружения и оборудования западного производства.

Самолет МиГ-31Д создавался в рамках программы отечественных "звездных войн" для уничтожения орбитальных станций и искусственных спутников противника. Истребитель, работая в качестве первой ступени, "выскакивал" на динамический потолок и запускал ракету-перехватчик.

МиГ-31Д должен был нести одну большую специализированную ракету, и система управления вооружением была полностью переделана под нее. Самолет не имел РЛС, радиопрозрачный носовой обтекатель заменили на цельнометаллический, установили центральный выдвижной пилон для "изделия". Крыло МиГ-31Д оснастили наплывами как на МиГ-31М и большими треугольными плоскостями на концах крыла, подобными тем, что стояли на прототипе МиГ-25П, для увеличения устойчивости в полете при подвеске на внешнем пилоне большой ракеты.

В 1987 году под этот вариант было доработано две машины. Программа испытаний продолжалась несколько лет, но была приостановлена в начале девяностых годов.

С 1997 года ОКБ МиГ совместно с казахстанской компанией "Казкосмос" начало разработку системы выведения на околоземные орбиты космических ЛА с помощью переоборудованного перехватчика МиГ-31. В основу будет положен опыт, накопленный ОКБ в результате экспериментов по созданию противоспутникового истребителя МиГ-31Д. Авиационно-ракетный комплекс с самолетом-носителем МиГ-31И получил название "Ишим" по названию реки, протекающей по территории обеих стран.

Подвешиваемая под фюзеляжем самолета трехступенчатая ракета-носитель с твердотопливными двигателями способна выводить на околоземную орбиту малогабаритные космические аппараты массой до 160кг. Высота пуска ракеты от 15 до 18км, скорость самолета в момент пуска 2200км/ч.

Начало испытаний комплекса было запланировано на 2007 год.