Dassault thiết kế Mirage F1 như một người kế vị của mẫu máy bay tiêm kích Mirage III và Mirage 5. Không giống như các mẫu tiền nhiệm, nó có cánh xuôi được đặt cao trên thân, cũng như một thiết kế đuôi bề ngoài theo quy ước.

Nguyên mẫu đầu tiên, được phát triển do Dassault sử dụng ngân sách riêng của mình, thực hiện chuyến bay đầu tiên vào ngày 23 tháng 12 năm 1966.

Kiểu chính thức được Không quân Pháp chấp nhận vào tháng 5 năm 1967, tại cùng thời điểm nguyên mẫu thứ ba đã được đặt hàng chế tạo. Với lực đẩy lớn với động cơ phản lực SNECMA Atar 9K-50 sử dụng công nghệ đốt nhiên liệu lần hai, F1 dễ dàng đánh bại Mirage III.

Dù nó có một sải cánh nhỏ hơn so với Mirage III, F1 tuy vậy tỏ ra là một mẫu máy bay tiêm kích tốt hơn hẳn so với những mẫu máy bay đi trước. Nó có thể mang thêm tới 40% nhiên liệu, quãng đường cất cánh ngắn hơn, tầm hoạt động xa hơn và khả năng thao diễn tốt hơn.

Để đáp ứng những đơn đặt hàng của Không quân Pháp cho loại máy bay đánh chặn mọi thời tiết, sản phẩm đầu tiên mang tên Mirage F1C đã được trang bị radar đơn xung Thomson-CSF Cyrano IV. Phiên bản Cyrano IV-1 sau đó đã được thêm vào khả năng look-down giới hạn.

Mirage F1 bắt đầu hoạt động trong biên chế Không quân Pháp vào tháng 5 năm 1973 khi phiên bản sản xuất đầu tiên được chuyển giao. Lúc đầu, mỗi máy bay chỉ được vũ trang với hai khẩu pháo 30 mm ở bên trong thân, nhưng vào năm 1976 tên lửa không đối không tầm trung R530 đã được đưa vào sử dụng. Một năm sau đó, tên lửa R550 Magic cũng được đưa vào trang bị. Cùng thời gian này, tên lửa AIM-9 Sidewinder của Mỹ đã trở thành một phần trong trang bị của Mirage F1, sau khi Không quân Hy Lạp yêu cầu một tính tương thích giữa tên lửa Sidewinder đối với những chiếc tiêm kích Mirage F1CG của mình.

79 máy bay trong đợt sản xuất tiếp theo được chuyển giao trong thời gian từ tháng 3-1977 đến tháng 12-1973. Đây là phiên bản Mirage F1C-200 với một đầu tiếp nhiên liệu cố định do đó thân máy bay được mở rộng ra thêm 7 cm.

Mirage F1 hoạt động như một máy bay tiêm kích đánh chặn chính của Không quân Pháp cho đến khi Dassault Mirage 2000 bắt đầu đi vào hoạt động.