Le MiG-31 est un avion biplace, avec la présence d'un opérateur radar pour assister le pilote dans sa mission. Le train d'atterrissage principal comporte deux roues en tandem, légèrement décalées. Les missiles air-air peuvent être semi-encastrés sous le fuselage et/ou emportés sur des pylônes sous les ailes. C'est un avion de quatrième génération ressemblant au MiG-25, dont il diffère cependant sur plusieurs points :
L'armée de l'air russe et celle du Kazakhstan sont actuellement les seuls utilisateurs du MiG-31.
Après avoir envisagé l'achat de MiG-31 au début des années 1990, la Chine a finalement opté pour des Su-27 et Su-30.
En 2007, la Syrie signe un contrat portant sur la livraison d'une dizaine de MiG-31E neufs. En mai 2009, le contrat qui s'élève à 400-500 millions de dollars est gelé par la Russie, officieusement en raison de pressions israéliennes, selon une source proche de Rosoboronexport, l'agence russe d'export d'armes..
En 1984, le bureau d'étude MiG commença une profonde modification du MiG-31. L'appareil, désigné MiG-31M, se différencie peu de la version de base extérieurement. La verrière du pilote est faite d'une seule pièce alors que les vitres latérales de l'opérateur sont plus petites. La surface des apex a été augmentée. À la place de l'ancien viseur infrarouge est installé un capteur optronique avec détecteur infrarouge et télémètre laser à l'avant du pare-brise. L'avionique est également améliorée avec l'installation de la version modernisé du 'Zaslon' : le Zaslon-M qui détecte 24 cibles et en engage 6 à plus de 300 km. Son armement est élargi avec l'adoption des missiles R-33S et R-37, le canon interne a été supprimé.
Le premier MiG-31M a effectué son premier vol le 21 décembre 1985. Sept prototypes de cette version furent construits, le premier d'entre eux effectuant son vol inaugural le 21 décembre 1985. Cependant, la chute de l'URSS et les réductions de budget militaire firent que le MiG-31M n'entra jamais en service.
En 1997, à cause des restrictions budgétaires de l'époque, et l'impossibilité pour l'Armée de l'air russe d'acheter des MiG-31M, on décida de transformer les MiG-31B déjà existants en MiG-31BM avec des améliorations, entre autres, de l'habitacle (apparition de nouveaux écrans et d'un HUD).