Het begon met het prototype Ye-2. Een straaljager met vleugels in pijlstand. Het koos op 14 februari 1955 voor het eerst het luchtruim. Een tweede versie van een voorproductie kreeg de benaming Ye-50 die voortgedreven werd door een AM-9Ye straalmotor en als extra voortstuwing een Dutchkin S-155 vloeibare brandstof raket bezat. De eerste vlucht van de Ye-50 was op 9 januari 1956. Een Ye50/2 bereikte een hoogte van 25.600 meter. De snelheid die men op het oog had, Mach 2, werd niet gehaald, slechts 1460 km/u haalde de Ye-50/2.

In plaats van de pijlvleugels werd bij de Ye-4 een deltavleugel aangebracht. Met de AM-11 motor haalde dit toestel een snelheid van 2160 km/u. Er werden drie voor-productie toestellen onder de naam Ye-6 gebouwd. De inlaat voor de verbeterde AM-11, de R-11F300, werd aangepast, grotere flaps aangebracht, een verbeterd kielvlak en horizontale staart zorgden dat het toestel Mach 2.05 haalde op 12.050 meter. Een Ye-6/3 (de E-66) vestigde een wereldsnelheidsrecord op 31 oktober 1959 met een snelheid van 2348 km/u.
Tijdens de jaren 1959 en 1960 werden enkele Ye-6T's gebouwd (zoals ze door de fabriek van Mikoyan-Gurevich werden aangeduid). Deze werden getest door de Sovjet luchtmacht als de MiG-21F.

Op 17 april 1962 maakte het prototype van de Ye-8/1 haar eerste vlucht. Dit toestel had een dichte neus met een luchttoevoer aan de onderzijde van de romp. Met de canard vleugels aan de voorzijde van de romp, iets voor de cockpit, leek het toestel een potente kandidaat van Mikoyan-Gurevich. Na dertien testvluchten, crashte de Ye-8/1 (81) en werd de Ye-8/2 (82) aan de grond gehouden. Ondanks goede vooruitzichten, werd de YE-8 niet verder doorontwikkeld.

De NAVO was op de hoogte van dit nieuwe toestel, maar kon niet precies aangegeven waar dit toestel in te delen, meer als enkele wazig prentjes waren er niet voor handen. In eerste instantie kreeg het dan ook de naam 'Faceplate'. Toen India in 1962 aankondigde de MiG-21 aan te schaffen, nam de NAVO aan dat de Sovjet Unie zelf het toestel niet zou aanschaffen.

Langzaam aan kwamen meer gegevens van de MiG-21 naar buiten en kreeg het de NAVO naam die alom bekend en gevreesd zou worden, de 'Fishbed'. De MiG-21F 'Fishbed-C' was de eerste groot aangemaakte serie. Het was een snelle en wendbare jager, die eenvoudig en goedkoop in gebruik was. Maar het had als nadelen een zeer kort vliegbereik van slechts 500 kilometer, wat tijdens heftige manoeuvres, bijvoorbeeld tijdens een luchtgevecht, of op lage hoogte wel tot de helft terug kon lopen. Het bezat een kleine radar voor plaatsbepaling en verder geen sensors tegen vijandelijke toestellen. Veroordeelt tot een mooiweer-jager ontbeerde het ook nog eens afdoende bewapening. Oorspronkelijk bezat de MiG-21F twee 30mm kanonnen, maar vanwege het aanbrengen van pylons voor twee K-13A (AA-2 'Atoll') raketten werd het bakboord kanon opgeofferd om de avionica voor de raketten in onder te brengen.

Een aardig detail betreft het eerste cockpitkappenontwerp van de MiG (zie hierboven). Tot en met de MiG-21PFM variant werd de kap naar voren opengeklapt. Deze diende tevens voor een bescherming bij een eventuele schietstoel ontsnapping. De achterzijde van de kap koppelde dan aan de stoel vast terwijl het scharnierpunt aan de voorzijde losbrak. Hierdoor was de piloot, die dan afgedekt werd door de cockpitkap, beschermd tegen de druk van buitenaf.

In de Sovjet Unie werd de volgende belangrijke versie gebouwd met de MiG-21PF, de 'Fishbed-D'. De vergrote neuskegel bevatte nu een behoorlijke zoek/volg radar, de R1L 'Spin Scan-A'. Om de herziene luchtremmen meer ruimte te geven werd ook het andere 30mm kanon verwijderd. Ook de algemene opvatting dat lucht-lucht raketten meer dan genoeg waren deed het kanon verdwijnen uit deze MiG versie. De pitot-buis werd verplaatst van de onder naar de bovenzijde van de neus. De krachtiger R-11F motor produceerde 5950 kg aan stuwdruk.

Maar het kanon keerde weer terug (onder de romp in een houder) in de MiG-21PF 'Fishbed-E' versie omdat bewezen werd dat het gemist werd in de Vietnam oorlog. In deze versie werd ook voor het eerst een remparachute aangebracht. De exportversie van de 'Fishbed-E' was de MiG-21FL die geen voorzieningen had voor RATOG (raket aangedreven start). India bouwde de MiG-21FL in licentie als de IAF Type 77.

De MiG-21PFM (SPS in Oost-Duitsland) had een cockpitkap die naar rechts open scharnierde en werd door de NAVO als de 'Fishbed-F' aangeduid. De MiG-21PFMA werd verder voorzien van een zero-zero schietstoel. Deze zogenaamde 'Fishbed-J' kon ook een kanonhouder onder de romp voeren. In Egypte werd de kanonhouder vervangen door een camerapod waardoor de MiG-21R ontstond.

In de zomer van 1967 demonstreerde een MiG-21DP de mogelijkheid tot stijlstarten van dit type. Hiertoe waren twee RD-36-55 motoren in de romp aangebracht in een aangepaste MiG-21PFM. Bij de NAVO werd het aangeduid al de 'Fishbed-G'.

Bij de zogenaamde 'derde generatie', de MiG-21M serie werd de stroomlijnkap op de rug vergroot om mee brandstof mee te kunnen nemen. Deze 'Fishbed-21-H' variant was het minst geliefd onder de vliegers. Door het toegenomen gewicht, door de extra brandstof (2650 liter in de rug, drie 490 liter droptanks, of één 800 liter droptank) was het toestel lastig in de wendingen. De verkenner versie van de 'Fishbed-H' was de MiG-21R.

De MiG-21MF kreeg een sterkere motor, de Tumanski R-13-300 die lichter in gewicht was, maar wel 6600 kg met naverbranding produceerde. Ook was er weer, een inwendig GSch23 dubbelloops, kanon aangebracht. Ook kreeg de piloot de beschikking over een achteruitkijkspiegel. Ook het aanbrengen van de AP-155 automatische piloot met terrein-volg capaciteit was een grote verbetering. Dit type zag veel actie in de oorlog van Iran-Irak en over Afganistan. India bouwde de MF in licentie, en China produceerde de MF zonder licentiepapieren. De laatste heeft westerse avionics en is in staat om westerse wapens als de Franse Matra Magic AAM te voeren.

China bracht begin jaren 90 van de vorige eeuw een verbeterde versie uit, de Xiam F-7M Airguard en bood het aan als een compleet nieuw vliegtuig! De basis blijft een Mig-21MF, maar heeft veel nieuwe zaken aan boord. De neuskegel is computergestuurd en past zich automatisch aan bij de Mach snelheden (bij de 'oude' versie ging dat via drie standen).

De Chinese Xiam F-7M Airguard heeft verder twee type 30-1 kanonnen en vijf pylons voor afwerpbare brandstof tanks (binnenste drie), bommen van 250 kg. Aan de vier vleugelpylons kunnen ook lucht-lucht raketten, AAM type PL-2 of PL-7, gevoerd worden.

De MiG-21SMT ('Fishbed-K') werd gevlogen door Russische vliegers, maar was geen groot succes. Het bezat een grote gebochelde stroomlijnkap op de rug voor 3250 liter aan brandstof wat de vliegeigenschappen niet ten goede kwam.

De vierde generatie bracht een geheel nieuwe MiG-21. Om alle honderden plaatselijke gemoderniseerde MiG-21's te stroomlijnen naar één goed werkend model, werd de MiG-21bis ontworpen. Deze versies, de 'Fishbed-L' en 'N', kregen een beter doordachte kleinere rugstroomlijnkap en verbeterde avionica. In de 'Fishbed-N' werd een verbeterde Tumanski R-25 die een stuwkracht produceerde van 7500 kg en toch minder verbruikte aan brandstof.

Er waren ook verschillende trainerversies onder de MiG-21, deze stonden bij de NAVO bekend als de 'Mongol-A' en 'B'.

Een samenwerking tussen Roemenië en Israël bracht een ge-update versie van de Roemeense MiG-21M/MF en bis (plus 10 MiG-21U trainers). Na een ingrijpende vernieuwing werden 110 machines aangepast en kregen na de standaardisering de naam 'Lancer'.

De MiG-21 is het meest geproduceerde vliegtuig van na de Tweede Wereldoorlog met rond de 10.000 exemplaren (sommige bronnen noemen zelfs over de 13.000 stuks).