50 年代末和 60 年代初，由于火箭技术的进步和弹道导弹大批装备，美、苏及西欧各国出现了要导弹不要飞机的浪潮。赫鲁晓夫当时支持这种倾向，苏联航空工业及有人驾驶飞机的发展受到严重影响。
正是在这种形势下，米高扬设计局不甘心两万米以上的苏联空域沦为美国超音速高空战略轰炸机和侦察机入侵的活动场所，于 1958 年主动开展了高空高速截击机的研究。苏航空工业部长杰明捷夫主动支持。1961 年米格-25 超音速截击/侦察机的原型机 E-155 正式研制，1964 年侦察原型机 E-155R-1 和截击原型机 E-155P-1 于 3 月和 9 月上天，作为米高扬设计局创建 25 周年的一份献礼。
E-155R-1
E-155P-1
米格-25 是近三倍音速的截击机，问世以来苏联十分保密，北约集团军方极为关注。直到 1976 年苏空军中尉别连科驾机叛逃日本，米格-25 之谜才被揭开。
别连科叛逃
研制和发展历程
据米高扬设计局的型号副总设计师列.格.申格拉娅透露，米格-25 的预研工作是在 1958 和 1959 年进行的。当时美国空军正开展 M=3 的战斗机 F-108 和轰炸机 B-70 的研制。
1960 年，用米格-21 改装的发动机试飞验证机 E-150，对米格-25 的动力装置 R-15-300 加力式涡喷发动机开始试飞。次年 4 月第二架验证机 E-152 上天。随后装生产型发动机 R-15B-300 的第 3 架验证机 E-152M 试飞。
E-152M
1961 年 3 月 10 日，米高扬签署研制米格-25 原型机 E-155 的指令。1962 年侦察机全尺寸样机审定委员会开审定会。1963 年 12 月米格-25 的第一架原型机（侦察型）E-155R-1 出厂，1964 年 3 月 6 日，苏联著名试飞员费多托夫首次驾机升空。同年 9 月 9 日第二架原型机（截击型）E-155P-1 开始试飞。随后第三架原型机（侦察型）E-155R-3 也参加试飞。三架原型机各装两台 R-15B-300 发动机，并在 1965~1977 年间，以 E-266 代号创造过 8 项飞行速度，9 项飞行高度和 6 项爬升时间的世界纪录。
两架 MiG-25P 原型机比翼齐飞
1967 年 7 月，在莫斯科土希诺机场举行的苏联航空节检阅中，4 架米格-25 预生产型首次作公开飞行表演。
1968 年，米格-25 的教练型开始试飞。为简化设计，教练员舱设在原驾驶舱之前，以便将设计修改局限于前机身，为此，取消了机头雷达和武器。
米格-25 教练型
1969 年和 1970 年 R 型和 P 型先后通过国家验收并投产。后来分别于 1972 年 5 月和 12 月交付部队使用。
1971 年改型侦察机米格-25RB 试飞并投产，所有的 R 型后来均按其改装。
1976 年 11 月至 1978 年，设计局完成对改型米格-25PD 设计、制造、试飞并投产。在随后两年内对部队服役的全部 P 型飞机按 PD 型进行了改装。
米格-25PD
1984 年，米格-25 停产。
动力装置的选择及改进
发动机选型是米高扬设计局面临的头一个挑战。当时，第一代涡扇发动机的研制刚刚起步，在已有的加力式涡喷发动机中也选不出合适的型号，从头研制势必延迟飞机研制进度。于是决定以当时为高空无人驾驶飞机研制的低增压比试验型涡喷发动机 15K 为基础，由米库林/图曼斯基设计局按米格-25 的设计要求进行改进。据负责发动机改型的型号总设计师费·乌-苏霍夫称，改型设计的工作量很大：为增大喘振裕度修改了压气机；为适应高空工作重新设计了燃烧室；涡轮前温度提高了 50℃；消除了加力燃烧室的燃烧振动；采用了三种工作状态的可调喷口。改型发动机实际上只保留了原来的机匣，编号为 R-15-300。
生产型 R-15B-300 系采用 5 级压气机和 1 级涡轮的加力式涡喷发动机，增压比为 7，最大推力 86.24 千牛，加力推力 109.76 千牛。发动机原采用液压机械式推力调节系统，但 E-150/-152 试飞发现，在飞机急剧爬升时该系统表现出明显惯性，在由小油门（150 公斤/小时）迅速增加到大油门（15,000 公斤/小时）时不能保证充分供油。于是通过 1963~1964 年在图-16LL 发动机试飞台上试飞之后，改用了 RRD-15B 综合多功能电调系统，它能自动监测 6 个参数，十分可靠。飞机燃油系统中的主要执行机构也由液压助力器改为电磁阀。
图-16LL
为改进米格-25 的低空截击能力，曾试制过改型 R-15BF-2-300，加力推力提高到 132.3 千牛，井曾装在 E-155M（又称 E-266M）验证机上试飞，但未能投产。据称原因是 D-30F 加力涡扇发动机将其取代，改型飞机最后也演变为米格-31。
解决高温问题的措施
高温是米格-25 研制中面临的另一挑战。最大速度下机体表面驻点温度高达 300℃以上，铝合金只能零受 140℃，必须选用新材料和新工艺。当时钛合金的开发和应用尚处初期。而且苏联在这方面还落后于美国。米高扬设计局选用了不锈钢和焊接工艺来制造机体的主要结构，与美国的 F-108 和 B-70 选择同样的技术途径。选用的是塑性好、不易开裂和便于补焊的不锈钢 VNS-2、-4、-5，占机体结构重量的 80%，其余 11%为高温铝合金 D-19 和 8%的钛合金。除机翼采用焊接的整体油箱外，机身的焊接整体油箱结构占其容积的 70%，机体上的焊缝长达 4,000 米，焊点多达 140 万个。整体油箱结构使飞机的总贮油量高达 14.5 吨。侦察型还采用垂尾油箱，使油量增加 574 千克。
米格-25 大量采用不锈钢结构
发动机在某些工作状态下，个别部件的温度超过 1,000℃，为防止热传入机体，发动机舱用镀银的防热隔板包住。镀层厚 30 微米，镀层吸热系数为 0.03~0.05，每架飞机耗银 5 千克。所吸的 5%的热量又借助于玻璃纤维隔热毯防止传给机身油箱。