Первый полет прототипа, получившего индекс Е-4, состоялся 16 июня 1955. В ходе испытаний была достигнута скорость М = 2.05 (то есть более вдвое больше скорости звука).

МиГ-21 жыйырманчы кылымдын экинчи жарымындагы эң атактуу истребитель: Кансыз согуш учурунда советтик жана америкалык кызыкчылыктар кагылышкан жерде, МиГ-21 так талаш-тартыштарды чечүүгө жардам берген "темир аргумент" болгон. 30 жылдан ашуун убакыт бою «социалисттик лагердин» негизги куралдарынын бири болуп, НАТОнун агрессивдуу блогуна каршы турган.
Ал эми ушул кылымдын башында укмуштуудай учактын тагдыры күтүүсүз «секирик» жасады десек болот. Бүгүнкү күндө МиГ-21лер НАТОнун: Польша, Словакия, Венгрия, Чехия, Румыния жана Болгариянын асманын коргоп жатышат...!
50-жылдардын ортосунда МиГ-15 / МиГ-17 учактарынын схемасын мындан ары өркүндөтүү үчүн мүмкүнчүлүктөр иш жүзүндө түгөнгөн. Негизинен жаңы дизайндык чечимдер керек болчу. Ошондуктан, экинчи муундагы жаңы истребитель үчүн, жука профилдеги дельта канаты жана ажырагыс горизонталдуу куйругу менен аэродинамикалык конфигурациясы тандалып алынган.

1959-жылдан тартып Горькийде учактын биринчи сериялык үлгүсүн, фронттук истребитель МиГ-21Ф (F - "фронттук") чыгаруу башталган. Бир жылдан кийин жакшыртылган нускасы МиГ-21Ф-13 өндүрүшкө киргизилген жана ал башкарылуучу ракеталык куралга ээ болгон.
"Жыйырма биринчинин" эң мыкты учуу мүмкүнчүлүктөрүн камтыган үлгү - МиГ-21бис болгон. Ал башка үлгүлөргө салыштырмалуу кубаттуураак келип, R-25-300 кыймылдаткычыка ээ болгон. Алар 1972-жылдан 1986-жылга чейин СССРде жана Индияда чыгарылган
Учактын чалгындоочу версиясы МиГ-21Р жана эки орундуу окуу-машыгуу үчүн жасалган МиГ-21У, УС жана УМ нускалары да жасалган.
МиГ-21де жалпы 17 дүйнөлүк рекорд коюлган, анын ичинде ылдамдыгы саатына 2388 км болгон абсолюттук дүйнөлүк рекорд (учкуч К. Мосолов, 1959-жыл, октябрь) коюлган.

Учак сериялык өндүрүштүн узактыгы боюнча да рекордчу болгон. Ал СССРде 25 жыл бою курулган. Ал эми лицензиялык өндүрүштү эске алуу менен (Кытайда жана Индияда), узактыгы 35 жылга жетет, ал эми өндүрүштүк моделдердин саны - 25тен ашык! Жалпысынан 10 000ден ашуун учак курулган, алар дүйнөнүн 50 өлкөсүнүн аба күчтөрүнө бүгүнкү күнгө чейин кызмат кылып келет.
СССРде МиГ-21 учактары 1988-жылы колдонуудан чыгарылган.