Ye-155 显得格外的壮硕孔武，两台硕大的 R-15 发动机并排布置在后机身，使得机体格外的宽大，而它们的进气道则被从苏系战机传统的机头位置后移到机身两侧，两个巨大的楔形二维三波系进气道与粗壮的机头一同组成了宽大的前机身，这样的设计使得 Ye-155 的机头空间得到了极大的解放，其容积比之前的苏联战机几乎是成几何级数的扩大了，因此，这里完全可以装得下苏联那体积硕大的电子管雷达航电设备，使得 Ye-155 有望成为苏联人手中第一款可以在极远距离上锁定并攻击对手的飞机。在它的机体中后部，一对后掠角 42°翼展 13 米，总面积达 61.9 平方米，相对厚度却只有4%的梯形后掠上单翼牢牢插在机身上，如同传说中的巨型蝙蝠的膜翅一般令人望之生畏，

在机身的后部，一对面积硕大的双垂尾耸立在上端，如两面旗帜迎风招展，而为了满足这个巨大怪物在高速下的方向稳定性，在其后机身的下部，还安装了一对面积相当大的腹鳍，而一对全动式水平尾翼则被安装在了机身后方发动机尾喷管的位置，从后方望去，巨大的 R-15 发动机喷口如同两只巨眼，其体积竟可容下一个半蹲着的成年人！整架飞机停在机场上，远远望去恰似一只上古时代的巨型翼龙一般令人望而生畏，充满了机械时代的美感

1961年3月10日，米高扬签署研制米格-25原型机E-155的指令。1962年侦察机全尺寸样机审定委员会开审定会。1963年12月米格-25的第一架原型机（侦察型）E-155R-1出厂，1964年3月6日，苏联著名试飞员费多托夫首次驾机升空。同年9月9日第二架原型机（截击型）E-155P-1开始试飞。随后第三架原型机（侦察型）E-155R-3也参加试飞。三架原型机各装两台R-15B-300发动机，并在1965~1977年间，以E-266代号创造过8项飞行速度，9项飞行高度和6项爬升时间的世界纪录。米格25的设计特点机身材料的难题——用钢制造战斗机

当 MiG-19 以马赫 1.3 飞行时，蒙皮温度 72 摄氏度。MiG-21以 马赫 2.05 飞行时蒙皮温度达 107 摄氏度，以马赫 3飞行时机身蒙皮温度将超过 摄氏300 度！飞机通常使用的硬质铝合金在这种温度下比纸还脆弱。想飞三倍音速，这一关非突破不可。“眼睛在眨巴，手里紧忙活”，设计局的人对这句俄国名言心领神会，有些人开始了计算，其他的人开始走访有关厂家，硬铝是不能用了，用钛吗？那东西不但极难加工还极为昂贵，这条路显然不实际；用钢倒是条路，钢材连接焊接就成 还不需要使用铆钉。

经反复考虑后米高杨决定用不锈钢，在某些关键部位用钛铝材料补强。高质量的钢比硬铝坚固三倍但也重三倍，为了不增加结构重量，所有的重要的部件都必须薄三倍，这就迫使工程师们去重新考虑材料强度等一系列问题。最终所有的难题都解决了，第一批原型机的建造开始了。原型机机身上80% 的材料是镍基合金钢，8% 是钛合金，11% 是 D19 抗高热铝合金。