当時の冷戦構造の下では西側諸国が入手できた旧ソ連の情報は限られていたため、トゥシノ航空ショーで存在が初公表されてからしばらくの間、この機体はMiG-23にあたるのではないかという観測が西側の間に存在していた。当機種がMiG-25であると広く認識されたのは、後述のベレンコ中尉亡命事件以降の事である。マッハ3級の実用戦闘機は、後にも先にも本機だけである。超音速機が開発されており、ソ連はこうした侵入機に対する迎撃戦闘機の開発の必要に迫られていた。そこで、ミコヤン・グレヴィッチ設計局(以下、ミグ設計局)にその開発が依頼された。I-3U、I-7U、I-75、Ye-150といった超音速迎撃戦闘機の開発実績があり、その十分な研究成果を持っていた。これらの試験機では「ウラガーン」迎撃システムが試験され、超音速での迎撃システム構築の基礎データを集積していた。B-58、XB-70、SR-71という恐るべき標的に対し有効な攻撃を加えるため、長距離の捜索レーダーと長射程空対空ミサイルの開発も急がれた。これはYe-150/152の純粋な発展型であったが、所期の能力を達成するためにその機体構成は大きく変更されていた。空気との断熱圧縮による高速飛行に際しての高熱に曝される部分においてはチタン合金を使用することで耐久性が高められ、機体外板の接合には、本来のリベット止めによる接合から、スポット溶接・アーク溶接・自動溶接機を組合わせての接合となった。強度を十分に確保するため、ニッケル鋼が多用されており、機体全体では、ニッケル鋼80%・アルミニウム合金11%・チタン合金9%の材料構成となっている[2]。高速性と高々度性能を持ちつつ安定性と運動性を確保するため、主翼は高翼配置となり、機体後部の垂直尾翼は外開きに2枚の垂直尾翼を取付けた双垂直尾翼となった。2基搭載されたが、燃費が非常に悪いため機体容量の約70%が燃料タンクに充てられていた。大型の捜索レーダーを搭載するため、空気取入口は機首から機体両脇に移動され、長大な機首には大型のレドームが装備された。ここには、地上から上空の目標まで誘導される自動迎撃装置が搭載された。