Thế hệ MiG-21 đầu tiên sản xuất trong giai đoạn 1957 - 1961 (mã NATO: Fishbed C): gồm có MiG-21F, MiG-21P-13 , MiG-21F-13, MiG-21FR (phiên bản do Tiệp Khắc sản xuất)…

Đặc điểm của thế hệ MiG-21 đầu tiên là mũi thuôn nhỏ, không có radar, sống lưng và đuôi đứng nhỏ, không có chỗ chứa dù giảm tốc phía sau. Máy bay được trang bị 2 pháo NR-30 30 mm gắn bên trong thân và chỉ có 2 mấu cứng ở trên cánh cho tên lửa và rocket.

Cận cảnh pháo NR-30 30 mm trên MiG-21F, có thể nhìn rõ phần mũi thế hệ MiG-21 đầu tiên rất nhỏ

Thế hệ MiG-21 thứ hai sản xuất trong giai đoạn 1961 - 1966 (mã NATO: Fishbed D): gồm có MiG-21PF, MiG-21PFL , MiG-21PFM, MiG-21SPS, MiG-21R, MiG-21RF, MiG-21S, MiG-21N, MiG-21PD…

Điểm khác biệt của thế hệ MiG-21 thứ hai với thế hệ thứ nhất là mũi và sống lưng to hơn, đuôi đứng được thiết kế lại, gắn thêm bộ phận chứa dù phía sau ngay trên động cơ (MiG-21 PFS/PFM). Cửa buồng lái gồm 2 loại khác nhau, mở về trước (MiG-21PF, MiG-21FL, MiG-21PFS) và mở qua bên (MiG-21PFM).

Thế hệ MiG-21 này vẫn chỉ có 2 mấu cứng trên cánh để gắn tên lửa. Pháo và đạn được gắn bên ngoài ở giữa thân dưới là loại pod GP-9 chứa 1 pháo GSh-2-23 23 mm 2 nòng. Trong ảnh là MiG-21PFM với bộ phận chứa dù giảm tốc phía sau.

Cận cảnh pháo GSh-2-23 23 mm 2 nòng và băng đạn gắn ngoài

Thế hệ MiG-21 thứ ba sản xuất trong giai đoạn 1968 - 1972 (mã NATO: Fishbed H/J): gồm có MiG-21S, MiG-21M, MiG-21I , MiG-21K, MiG-21Sh, MiG-21SM, MiG-21MF, MiG-21DF, MiG-21SMT…

Đặc điểm khác biệt giữa thế hệ MiG-21 thứ ba và thế hệ thứ hai là sống lưng to hơn (đặc biệt là MiG-21 SMT), pháo GSh-2-23 23 mm 2 nòng và đạn được gắn bên trong thân (trừ MiG-21S).

Cận cảnh khẩu pháo GSh-2-23 gắn bên trong thân, ngay sau càng hạ cánh trước.

Thế hệ MiG-21 thứ tư sản xuất trong giai đoạn sau 1972 (mã NATO: Fishbed L/N): gồm có MiG-21 bis LAZUR, MiG-21 bis SAU, MiG-21 bis (phiên bản do Ấn Độ sản xuất)…

Điểm khác biệt của MiG-21 thế hệ thứ tư so với thế hệ thứ ba là mũi và chóp nón to hơn, sống lưng "ăn" thuôn vào cánh đứng sâu hơn (tới ngay trước bộ phận chứa dù hãm). Riêng MiG-21 bis SAU còn có 1 cần ăng ten nhỏ ngay bên dưới mũi.

Tiêm kích MiG-21 bis SAU khi còn hoạt động trong biên chế Không quân nhân dân Việt Nam.