Работы над новой модификацией самолета начались в 1989 г. Без изменения конструкции планера и силовой установки, только за счет оснащения современным радиоэлектронным оборудованием, удалось достичь многократного повышения боевой эффективности по сравнению с последней модификацией МиГ-21 бис.
Самолет создается на базе МиГ-21 МФ или МиГ-21 бис с двигателями Р-25-300. Возможна установка стартовых твердотопливных ускорителей СПРД-99.
Кабина истребителя выполнена с учетом современных достижений эргономики Фонарь кабины с цельным козырьком, значительно улучшающим обзор в передней полусфере.
Самолет оснащен многофункциональной бортовой малогабаритной импульсно-доплеровской РЛС «Копье», которая позволяет обнаруживать и скрытно сопровождать в автоматическом режиме воздушные цели, в том числе летящие на малой высоте над землей или водной поверхностью (дальность обнаружения типовой воздушной цели на встречном курсе до 57 км, «вдогон» — до 25–30 км, наземной цели типа мост — 100 км, морской цели типа катер — 30 км). Кроме того, она позволяет одновременно сопровождать в режиме обзора до восьми целей и выделять две наиболее опасные; обеспечивать атаку по целеуказанию и поражение целей ракетами с радиолокационными и тепловыми головками самонаведения (обеспечивает одновременный пуск двух УР по двум различным целям), а также пушкой; производить скоростной вертикальный поиск и автоматический захват визуально видимых целей в ближнем воздушном бою с использованием усовершенствованных УР, имеющих повышенные маневренные характеристики; формировать равномасштабную карту с высоким разрешением, укрупнением масштаба и «замораживанием» изображения.
В состав оборудования входят: бортовая ЦВМ, нашлемная система целеуказания, система отображения информации, новая система управления оружием, аппаратура инерциальной курсовертикали, цифровая система воздушных сигналов, РСБН, новая кабинная аппаратура, система электроснабжения, контроля и регистрации.
Оснащение самолета МиГ-21-93 современным бортовым оборудованием и вооружением повышает его боевую эффективность до уровня истребителей четвертого поколения типа «Мираж» 2000 и F-16.
Вооружение самолета включает: две УР класса «воздух-воздух» средней дальности Р-27 или четыре Р-77, четыре УР ближнего боя Р-73Э или шесть Р-60М, две ПРЛР Х-25МП или одну Х-31А, или Х-35, две корректируемые бомбы с лазерным наведением КАБ-500КР, НАР С-5, С-8, С-13 и С-24, свободнопадающие бомбы массой 100–500 кг и встроенную пушку ГШ-23Л (калибр 23 мм, боезапас 200 снарядов). Возможна подвеска контейнеров с пушками, АФА, средствами радиотехнической разведки Для защиты от ракет класса «воздух-воздух» и ракет переносных ЗРК типа «Стингер» с ИК ГСН установлено 120 блоков выброса помех БВП-21 (ИК-ловушек), которые размещены вдоль крыла а месте сопряжения его с фюзеляжем.
Базовый самолет представляет собой свободнонесущий моноплан, имеющий треугольное среднерасположенное крыло малого удлинения и стреловидное оперение. Стреловидность крыла по передней кромке — 57°, хвостового оперения — 60°. Для улучшения путевой устойчивости на самолете установлен подфюзеляжный киль. Под рулем направления находится контейнер тормозного парашюта. В первых моделях использовался фонарь кабины, открывающийся вперед и вверх, а также отделяющийся во время катапультирования вместе с сиденьем, предохраняя пилота от воздействия набегающего потока. Система катапультирования обеспечивает покидание самолета на скорости до 1100 км/ч.
Применение совершенной аэродинамической схемы, лобового воздухозаборника в сочетании с высокой тяговооруженностью и прочностью, а также исключение остановки двигателя при пусках ракет и стрельбе из пушки, наличие системы демпфирования колебаний обеспечили самолету высокие характеристики устойчивости и управляемости, в том числе на малых скоростях и при полетах со скольжением, и создали репутацию лучшего в мире легкого истребителя.
На самолете установлен двигатель Р-11Ф-300 с тягой 3880 кгс. Топливная система состоит из 7 фюзеляжных резинотканевых баков и четырех крыльевых кессонов общей емкостью 2470 л. На самолете применено трехстоечное шасси. Тормоза пневматические. Гидросистема образована двумя самостоятельными контурами. Воздухозаборник лобовой, с автоматической плавной регулировкой.
Самолеты МиГ-21 первых модификаций являлись дневными истребителями, предназначенными для использования в хороших погодных условиях (радиоприцел отсутствовал). Оборудования включает радиодальномер СРД-5 (МиГ-21 Ф) или СРД-5М «Квант» (МиГ-21 Ф-13), коллиматорный прицел АСП-СНД или АСП-5НД (МиГ-21 Ф-13), автоматический радиокомпас АРК-10, радиостанцию Р-802В (РСИУ-5В), систему сигнализации об облучении РЛС «Сирена-2». Вместо посадочной фары на МиГ-21 Ф-13 может монтироваться разведывательный фотоаппарат АФА-39.