Для проектирования и постройки скоростного истребителя И-200 8 декабря 1939 года путем выделения из состава московского авиазавода № 1 им. Авиахима самостоятельного особого конструкторского отдела (ОКО) было основано Опытное конструкторское бюро Артема Микояна. Начальником был назначен Артем Иванович Микоян. Заместителем Микояна стал опытный конструктор Михаил Иосифович Гуревич. Работа по созданию истребителя шла очень интенсивно. Первый лётный экземпляр истребителя И-200 был закончен в производстве и передан на заводские испытания 31 марта 1940 г. 5 апреля 1940 г. лётчик-испытатель А. Н. Екатов впервые поднял самолет в воздух. В ходе заводских испытаний И-200 показал требуемые скоростные данные - достиг скорости 648,5 км/ч на высоте 6900 м, причём, на номинальном режиме работы мотора, а 5 августа М. Н. Якушин на И-200 № 02 развил скорость 651 км/ч на высоте 7000 м.
И-200 был единственным истребителем, прошедшим государственные испытания с первого раза (И-26 и И-301 сдавали на госиспытания несколько раз). К основным недостаткам И-200 военные отнесли недостаточную дальность полета, малую продольную и поперечную устойчивость. Также предлагалось увеличить мощность стрелкового вооружения истребителя за счет установки еще двух пулеметов БС или ШКАС. В соответствии с приказом НКАП №704 от 9 декабря 1940 г. истребитель И-200 получил название МиГ-1. Всего в 1940 г. было построено 100 истребителей МиГ-1. В начале 1941 г. они начали поступать в строевые части. Устранение выявленных на испытаниях И-200 недостатков привело к появлению модифицированного самолета, получившего название МиГ-3 и сменившего в серийном производстве МиГ-1 в декабре 1940.
Постановлением СНК от 2 октября 1940 г. было принято, как оказалось, весьма спорное решение об увеличении дальности полета всех внедряемых производство и вновь проектируемых истребителей. В соответствии с этим для одномоторных машин устанавливалась дальность равная 1000 км на скорости соответствующей 0,9 максимальной. В результате всех проведенных доработок полетная масса самолета возросла с 3100 кг до 3355 кг, что отрицательно сказалось на его летных данных. Однако максимальная скорость серийного самолета МиГ-3, полученная на высоте 7800 м составила 640 км/ч.
В ходе серийного производства непрерывно продолжалось совершенствование истребителя на основе проводимых испытаний. С 20 февраля 1941 г. на заводе №1 выпускали самолеты МиГ-3 с пятью огневыми точками - дополнительно устанавливались два пулемета БК с боезапасом по 145 патронов под крылом . Однако из-за дефицита пулеметов БК выпуск МиГ-3 с пятью огневыми точками ограничили 821 самолетом, а в дальнейшем со всех выпущенных истребителей пулеметы БК были сняты. С 10 мая МиГ-3 выпускали с уменьшенным до 140 л задним фюзеляжным баком. С 10 июля в серию были внедрены автоматические предкрылки, благодаря которым заметно улучшились штопорные характеристики. Кроме того, во второй половине 1941 г. самолеты МиГ-3 получили мотор АМ-35А с редукцией 0,732 (вместо 0,902) и винт АВ-5Л-123 вместо ВИШ-22Е, козырек фонаря с бронестеклом, подвесные топливные баки и систему заполнения топливных баков нейтральным газом.
С 20 сентября 1941 г. в производство запустили вариант МиГ-3, вооруженный двумя пулеметами БС, при этом боезапас увеличили с 300 до 700 патронов. До начала эвакуации было изготовлено 315 таких самолетов, кроме того, 215 из них оборудовали двумя строенными пусковыми установками для стрельбы реактивными снарядами. Также проверялась возможность установки на истребители МиГ-3 двух синхронных пушек. В октябре 1941 г. завод №1 был эвакуирован в Куйбышев на территорию завода №122. Туда же было в первую очередь переведено и производство МиГ-3.
Опыт боев показал, что высотный МиГ-3 мало пригоден для борьбы с истребителями врага, особенно на малой высоте. Для успешного перехвата бомбардировщиков не хватало огневой мощи. Кроме того, основные проблемы МиГ-3 испытывал из-за недоведенности двигателя АМ-35А. К тому времени ВВС определились в выборе истребителей в пользу машин Яковлева, а также штурмовиков Ильюшина. Учитывая, что двигатели для МиГ-3 выпускал тот же авиамоторный завод, который строил моторы АМ-38 для Ил-2, а также после известной телеграммы Сталина от 23 декабря 1941 г. выпуск МиГ-3 был прекращен, и завод №1 перешел на производство Ил-2. В эвакуации удалось выпустить только 22 самолета МиГ-3, причем уже вооруженных двумя синхронными пушками ШВАК. После возвращения в апреле 1942 г. из эвакуации в Москву на вновь организованном опытном заводе №155, который возглавил А.И. Микоян, из полученного задела агрегатов и готовых изделий собрали еще 30 самолетов МиГ-3, все истребители также были вооружены двумя синхронными пушками ШВАК.
Всего в 1940-1942 г.г. было построено 3172 истребителей МиГ-3. Самолет отличался высокая степень унификации и ремонтопригодности. Последние МиГ-3 были списаны по износу в самом конце войны.