1984年，该型开始研制。1985年，飞行员BorisOrlov与导航员LeonidPopov驾驶代号051的原型机首飞。1992年2月开始公开展示。M型除翼面、进气道作了些改动外，还改进了发动机和其它子系统，采用了数字式飞行控制系统，多功能CPT座舱显示、新型雷达及其它探测装置，其新型火控武器系统代号Zaslon-M。使用了整体式风挡。采用了综合自卫电子战系统，取代了过去相互独立、无法互联的多个电子战设备。增加了外挂点，使得该型号可携带6枚远程空空导弹，或者在翼下携带4枚R-77中距空空导弹，作战能力有较大提高。至1991年该机已生产200多架。该型号使用改进的D-30F-6M发动机。
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据报道，俄国防部与米格公司早在去年就签定了关于进一步改进米格-31的协议。根据协议，米格-31的技术装备将被改进，它还将配备功能强大的雷达定相天线阵。改进后的截击机将是多功能的，除了截击空中敌机外，它还能向地面目标发起攻击。
在空战中，它能够在320千米距离内发现空中目标。并在270千米内，即不进入敌方防空区向其发出攻击。米格-31M能够一次跟踪10个目标，并同时与其中的6个目标进行空战。改进后的飞机还可在空中加油，从而大大延长其在空中的巡逻时间。
米格-31M在航展中公开展示，图中可见其大型相控阵雷达，以及各种空对空导弹。
米格-31M机腹保形外挂点所携带的P-37（英文代号R37）远距空空导弹。R-37是俄罗斯威姆佩尔设计局目前正在研制的一种远距空对空导弹。该弹的外形与R-33(AA-9)“阿摩司”有些相似，尺寸也差不多，二者之间显然有一定的继承关系。R-37采用常规气动布局，弹翼的位置相对于R-33而言比较靠前，其平面形状为前缘后掠角很大的扁梯形，尾翼为4片呈X型配置的矩形翼。这种处于发展中的空对空导弹，可能采用主动雷达制导方式，其弹长约为4.2米，弹径约0.3米，最大射程超过100千米。在研制R-37导弹的基本型的同时，威姆佩尔设计局还在考虑该导弹的“超远距”发展型。其方案之一是，在R-37的基础上加装一级弹径更粗的火箭助推器。另一方案是，不但增加助推器，而且还将基本型导弹的固体火箭发动机改为冲压式火箭发动机，以便使导弹的射程成倍增加。
俄专家称，改进后的米格-31截击机战斗技术性能将提高1至1.5倍，它将成为俄国家防空体系中的主战机型。
2003年7月，欧洲的EADS公司将米格-31发展商业旅游改进型，进行30千米高度的“太空边缘”旅游飞行，乘客花费1万美元便可感受到一分钟的失重。现在，EADS公司正在寻找准备投资5000万到1亿美元的投资者，以便进行俄罗斯歼击机的改装。根据改装计划，米格-31机身上部将安装新的密封座舱，带有巨大的玻璃窗，可乘坐12名乘客和一名教官。飞机在达到最大高度后，将转入俯冲，乘客将在1分钟内感受到全失重。
