當MiG-19在0℃的空氣中以馬赫1.3飛行時，流在機首的氣流溫度達到72℃。在以馬赫2.05飛行的MiG-21上達到107℃，在馬赫3時將達到300℃！而當時蘇聯沒有一種半導體能夠在65℃以上的溫度里工作。想飛三倍音速，這一關非突破不可。“眼睛在眨巴，手裡緊忙活”，設計局的人對這句俄國名言心領神會，有些人開始了計算，其他的人開始走訪有關廠家，很快的，工程初具雛型。米庫林和圖曼斯基拿出了大推力的發動機，所以MiG-25研製過程中要解的主要問題是機體設計問題和電子火控系統／飛行控制系統問題。在中央空氣動力研究院的風洞中試驗了幾種不同的氣動布局，最後選中了雙發雙垂尾兩側進氣上單翼布局，接下來就得決定到底用啥材料。硬鋁是不能用了，用鈦嗎？那東西不但極其昂貴且極難加工，而且能耐高溫的鉚釘等連結材料蘇聯當時根本沒有，這條路顯然不實際；用鋼倒是條路，用鋼來焊接就不需要鉚釘，而且二戰後由於重建的需要蘇聯各地開設了許多焊工學校，不用擔心找不到熟煉的焊工。經反覆考慮後米高楊決定用鋼，在某些關鍵部位用鈦鋁合金。決心一下，研製隊伍的所有人員傾巢而出，有的殺到冶金工業部的研究院和實驗室去探討如何儘快拿出堅固耐腐蝕且抗高熱的鋼材，有的開始全面改進當時所用的加工，制模，衝壓和焊接工具，有的開始研究顯微冶金學，等等。車間裡所有的鉚工都改行做了焊工，又添置了新的焊接設備。準備大幹一場。
高質量的鋼比硬鋁堅固三倍但也重三倍，為了不增加結構重量，所有的重要的部件都必須薄三倍，這就迫使工程師們去重新考慮材料強度等一系列問題。最終所有的難題都解決了，第一批原型機的建造開始了。在此原型上80%的材料是鋼，8%是鈦合金，11%是D19抗高熱鋁合金。裝配時點焊一百四十萬個焊點，氬弧焊四千米，其他還用了氣焊等方法。焊好的油箱占據了機體70%的空間。原型機的基礎上生產了幾種不同的改型：
高空截擊型：以MiG-25P，MiG-25PD和MiG-25PDS為代表，蘇聯部長會議在1962年2月發出了由MiG-25原型機為基礎生產高空截擊型的命令，其時研究工作已作了兩年。截擊型用R-15B-300（靜推力7,500公斤，加力推力10,210公斤）發動機，機內燃油總量17,760升。1964年9月9日首飛，但其後研製中碰到大量問題：飛機的穩定問題等很長時間解決不了，帶飛彈高速飛行及發射一側飛彈時穩定問題尤其嚴重，截擊型直到1970年才通過國家驗收，1973年開始進入蘇空軍服役。該型可帶4枚R-40中程空空飛彈，機載雷達搜尋距離100公里，跟蹤／打擊距離50公里。在1978年，一種換裝了更大推力的發動機（R-15BD300，靜推力8,800公斤，加力推力11,200公斤）和新的雷達（具下視下射能力，跟蹤／打擊距離增加到75公里）的截擊型投入生產，此即FD型，FD型由於可在機身下加掛一5,300升的副油箱故航程大大增加。所有當時在蘇軍航空兵中的P型都在大修廠被改裝成PD型。此型一直生產到1982年。不久又全部加裝了空中加油管，更名為PDS型。阿爾及利亞，伊拉克，伊朗，敘利亞都買了這一型飛機。
偵察型：以MiG-25R為代表，1964年3月6日首飛，裝和截擊P型一樣的發動機，只是沒武備，機頭處裝了一套照相設備，照相機可用一具650毫米焦距的鏡頭或1,300毫米焦距的鏡頭，前者可覆蓋5倍于飛行高度的地區（如飛機飛兩萬米，則可覆蓋110公里）而後者可覆蓋2.5倍于飛行高度的地區。以後進行的改進和在P型上的改進一樣，1969年開始在高爾基城量產。此型先後被出口到阿爾及利亞，保加利亞，印度和伊拉克。在伊拉克的偵察型全被伊拉克人自己改成了偵察／轟炸型。有趣的是R型在蘇聯也被用來偵察森林火災和洪水等民用方面。
偵察/轟炸型：以MiG-25RB，MiG-25RBV，MiG-25BM為代表。花了大把銀子搞出來的飛機只好做單一的偵察用，蘇軍大概是覺得太浪費，在69年提出要求生產偵察／轟炸型，編號RB型，70年開始量產且把所有的R型都改成了RB型。RB型可帶6枚500公斤炸彈，也可在機身下掛5,300升副油箱。MiG-25BM是改來專門掛反輻射飛彈，用於摧毀敵方地面雷達的改型。
教練型：以MiG-25PU，MiG-25RU為代表，PU型是截擊型的教練機而RU型是偵察型的教練機，她們先後於1968年和1972年投入生產。兩型均無武備及格鬥能力，她們與世界上其它教練型的不同在於教員和學員座艙是分開的而且教員座艙在前下部學員座艙在後上部。最大平飛速度馬赫2.65。在七十年代中後期，蘇聯女飛行員駕教練型先後創下4項世界婦女飛行紀錄。
MiG-25的初期發展原型YE-266從65年到73年先後創下16項世界飛行紀錄（其中三項至今未被打破），而另一種未量產的後期發展型：YE166M先後創下六項世界紀錄，從沒被打破！
這六項是：
1975年5月17日：
自海平面爬升到25,000米：2分34.3秒！
自海平面爬升到30,000米：3分9.85秒！
自海平面爬升到35,000米：4分11.7秒！
1977年7月22日：
帶2,000公斤有效負載飛上：37,090米！
帶1,000公斤有效負載飛上：37,090米！
1977年8月31日：
無負載飛上：37,650米！這是絕對世界紀錄！
MiG-25有著無與倫比的高空性能，但中低空性能及機動性能就差勁了。西方國家當時把MiG-25猜成是蘇聯武庫中最先進的戰機，認定她使用了渦輪風扇發動機，先進的材料及航電設備，能遠距截擊和近距格鬥。為了對付她的威脅，美空軍斥巨資研製了F-15以為抗衡。但西方一直搞不明白，蘇聯是怎樣實現這一技術飛躍的呢？從MiG-25出現到西方了解她的真實性能，其間發生的故事頗有傳奇性。
MiG-25最早露面在1967年在莫斯科慶祝十月革命50周年的航空展中。在那次空展飛行表演的最後階段，4架MiG-25在空中飛過，解說員介紹說那是能飛三倍音速的截擊機。西方國家的武官們驚訝不已，他們錯把她當成了MiG-23，連［簡氏年鑑］也如此報導。
1971年秋，第四次中東戰爭爆發前夕，MiG-25的偵察型跑到以色列上空猛拍照片，恨得牙癢的以色列空軍派當時以空軍中最好的機種美國F-4鬼怪式上去企圖攔截。卻見那MiG-25尾部噴出紅煙兩道，加力燃燒室一陣轟鳴即絕塵而去，把吃了滿嘴灰的F-4遠遠撇在後面。以色列地面場站的看著儀器的記錄目瞪口呆，乖乖，能飛馬赫3.2的傢伙！
時光一晃到了1976年9月6日，這天日本北海道函館上空天氣不錯，機場象往常一樣忙碌。突然，在下午1點11分，四部日本航空自衛隊的地面雷達探測到在離北海道東海岸320公里，高度5,700米處，一個不明飛行物體正高速向日本領空逼進，控制中心向不明飛行物發出了問訊訊號但沒有接到回答。
1點20分，兩架自衛隊的F-4戰機緊急起飛攔截。1點24分，不明飛行物進入日本領空，1點26分，不明飛行物在雷達螢幕上消失，派出的截擊機也未能發現目標。正當自衛隊防空控制中心亂成一團時，函館機場的航空管制和地勤人員已經發現一架塗有紅星軍徽的灰色大鳥在300米高處盤旋，很快那大鳥飛到一架正在12號跑道上滑行準備起飛的全日空727客機後面，待727一離開跑道，襟翼全部放下減速傘打開的大鳥就在跑道上強行降落了，跑道顯然不夠長大鳥衝出了跑道末端撞倒兩排雷達天線後方停下來。從她上面跳下一個人用手槍朝天連開數槍，還在喊些什麼蘇聯飛行員維克托.別連科駕駛MiG-25叛逃西方了！
當時在別連科降落後，機場對商業航班關閉了5個多小時。美國情報人員像見血的蚊子一樣立刻撲過來了！幾天后被卸下機翼的MiG-25被裝入一架C-5運輸機，在十幾架戰機護航下（僅從別連科叛逃的下午到午夜，日本自衛隊的戰機緊急起飛143次之多去攔截靠近日本空域的蘇聯戰機！）運至東京近郊的空軍基地。在那裡它被大卸八塊，日／美聯合檢查了它的每一部分，MiG-25的秘密被揭開了！別連科的叛逃還有另外兩個副作用：當時在英參加法恩巴勒航展的蘇聯代表團立即退出；日本政府在輿論壓力下大力斥資改良空防體系，最後吃到不少生意的自然是美國了。這是後話。
MiG-25很好地達到並滿足了蘇空軍提出的高空高速範圍里的要求，但她卻始終未達到其他部分的設計要求。她的發動機耗油量巨大使得航程受限機動性很差，截擊型帶飛彈高速飛行時仍存在穩定的問題，所以截擊型不能像偵察型那樣飛馬赫3.2，最大速度限制在馬赫2.8。MiG-25可以說是集中人力物力，研製純單一用途戰機的典型例子。
