En 1972, l'Armée de l'air française lance le programme Avion de combat futur (ACF) pour lequel elle demande un avion biréacteur doté de Snecma M53 et avec une aile fixe, destiné à des missions de supériorité aérienne. Tout en préparant une réponse à cet appel d'offres, le constructeur Dassault Aviation lance dès l'année suivante, sur fonds propres, l'étude d'un avion monoréacteur à ailes delta baptisé « Delta 2000 ». Le 12 décembre 1975, le programme ACF est arrêté, pour des questions de coûts, et le gouvernement décide d'adopter à la place le projet du Delta 2000.
Cockpit du Mirage 2000.

Quatre prototypes d'un avion de chasse monoplace (Mirage 2000C) sont commandés officiellement en 1976 :

Le Mirage 2000-01 fait son vol inaugural le 10 mars 1978, piloté par Jean Coureau. À l'issue des premiers vols d'essai, plusieurs modifications s'avèrent nécessaires afin d'améliorer l'aérodynamisme de l'avion, la plus visible étant la modification de la dérive. L'avion est transféré au CEV le 23 mai 1980 et restera utilisé pour différents essais jusqu'en 1988[1].

Le Mirage 2000-02 fait son vol inaugural le 18 septembre 1978, avec diverses modifications et équipements supplémentaires. Il doit notamment réaliser les essais d'emport et de tir ou largage des charges externes, et commencer les tests de ravitaillement en vol. L'avion est transféré au CEV le 29 avril 1980. À la fin d'un vol d'essai, le 9 mai 1984, un problème de carburant provoque l'extinction du moteur et le pilote doit s'éjecter. Le prototype est totalement détruit lors du crash[2].

Le Mirage 2000-03 fait son vol inaugural le 26 avril 1979 afin de réaliser les essais du Radar Doppler Multimodes (RDM) et des différents systèmes embarqués (navigation, attaque, etc..). Transféré au CEV le 28 février 1980, il participera à divers essais jusqu'à son dernier vol en 1988[3].

Le Mirage 2000-04 fait son vol inaugural le 12 mai 1980, avec le système d'armes complet. Transféré au CEV le 23 avril 1981, il participera à divers essais jusqu'au début des années 1990.

Une version biplace (Mirage 2000B), destinée à l'entrainement mais devant garder toutes les capacités opérationnelles, est demandée dès 1977[4]. Pour installer le second poste de pilotage, les canons de calibre 30 mm et certains équipements électroniques sont supprimés, tandis que la capacité interne en carburant est légèrement réduite. Destiné à l'instructeur, le poste arrière lui permet de surveiller les actions de l'élève installé en place avant et de piloter l'appareil en cas de besoin. Certaines actions, par exemple la sélection des armements, ne sont cependant possibles qu'en place avant. Dans le cas d'une utilisation opérationnelle, un seul pilote est installé en place avant et les équipements électroniques manquants sont installés dans le poste arrière - sans avoir à démonter le siège.

Le prototype Mirage 2000-B01 fait son premier vol le 11 octobre 1980, et est transféré au CEV le 15 avril 1981. Il participe à de nombreux essais, notamment pour valider la formule biplace et l'emport du missile ASMP ; puis plus tard afin de tester les équipements destinés au Mirage 2000-5. L'avion est retiré du service en 1996.

Dès 1979, l'Armée de l'air française avait commandé une version biplace destinée d'une part, à la pénétration tout-temps à basse altitude avec le missile nucléaire ASMP (alors en développement) et, d'autre part, aux missions d'attaque au sol et bombardement classique[5]. Désignée « Mirage 2000N », cette version dispose d'un système de navigation et d'attaque (SNA) basé sur le radar Antilope V, doté d'un mode suivi de terrain (SDT) qui permet la détection du terrain dans le plan vertical à 12 km et le vol en mode automatique ou manuel à 200 pieds (60 m) d'altitude et 600 nœuds (1 110 km/h).

Sur le plan structurel, la voilure du Mirage 2000N est quasiment identique à celle des Mirage 2000C/2000B, et le fuselage est directement dérivé de celui du Mirage 2000B avec des différences d'aménagement interne liées aux équipements spécifiques embarqués. Le poste de pilotage arrière est occupé par un navigateur officier systèmes d'armes (NOSA, équivalent du Warfare Systems Officer des pays anglophones), qui dispose néanmoins des commandes lui permettant de piloter l'avion.

Le premier prototype Mirage 2000 N01 fait son vol inaugural le 3 février 1983 et effectue de nombreux essais pour valider les différences avec le Mirage 2000B, l'emport et le largage d'armements, ainsi que le SNA et le SDT. L'avion vole jusqu'en mars 1990, et sera réutilisé par la suite pour les essais du Mirage 2000D (voir ci-dessous).

Le second prototype Mirage 2000 N02 fait son vol inaugural le 21 septembre 1983 : les souris d'entrée d'air sont désormais fixes (limitant la vitesse à Mach 1,5), tandis que les systèmes de CME et d'autoprotection sont améliorés. Destiné à valider les procédures spécifiques d'emploi du missile ASMP, l'avion vole jusqu'à fin avril 1990 et sera lui aussi ré-utilisé par la suite pour les essais du Mirage 2000D (voir ci-dessous).

À la fin des années 1980, l'armée de l'Air française lance le développement d'une version capable de larguer des bombes guidées laser et des missiles air-sol par tous les temps, tout en conservant la capacité ASMP[6]. Désignée « Mirage 2000D », cette version est dérivée du Mirage 2000N avec des systèmes de navigation, d'attaque, et de suivi de terrain améliorés, des modifications de capteurs et d'antennes, un renforcement de la structure afin d'emporter des charges plus lourdes, et l'ajout d'un lance-leurres sur le dos. L'avion est également capable d'embarquer des nacelles de désignation laser.

Le premier prototype Mirage 2000 D01 (ex-Mirage 2000 N01 modifié) fait son vol inaugural le 19 février 1991 pour commencer la validation des nouveaux systèmes embarqués. Il est suivi un an plus tard par le second prototype Mirage 2000 D02 (ex-Mirage 2000 N02 modifié, premier vol le 24 février 1992).

L'expérience opérationnelle fait apparaître le besoin d'un plus grand emport en carburant et d'une plus grande capacité en mode air-air. À la suite d'un nouvel appel d'offres de la DGA, 37 Mirage 2000 C sont transformés en Mirage 2000-5. Cette nouvelle version intègre de nouvelles technologies et des fonctionnalités souvent dérivées de celles du Rafale, principalement le radar RDY multifonction capable de détecter 24 cibles simultanément et de suivre huit cibles dont quatre en mode prioritaire, avec une capacité de détection en mode air-air portée à 130 km contre 120 km pour le RDI (110 km pour le RDM), l'ajout de quatre points d'emport MICA qui permettent de tirer jusqu'à six missiles en mode « tire et oublie », sans avoir recours à la liaison de données. Le Mirage 2000-5 est optimisé pour les opérations d'interception à haute altitude et à des vitesses supersoniques (Mach 2,2 à 15 000 m), avec son moteur Snecma M53-P2, sa masse maximum au décollage est portée de 16,5 à 17,5 tonnes. Le Mirage 2000-5 possède un système interne et intégré de contremesures électroniques, comprenant un détecteur de menaces avec des lance-leurres électromagnétiques ou infrarouges.

Cette rénovation a aussi permis de récupérer les 37 radars RDI remplacés par le RDY et de remettre à niveau les 37 Mirage 2000C qui avaient été livrés avec le radar RDM.

Deux versions légèrement différentes, appelées « Mirage 2000-5 Mk.2 » et « Mirage 2000-9 », dotées de capacités multirôles (possibilité de configuration mixte air-air/air-surface), ont été dérivées du Mirage 2000-5 et commandées par la Grèce et les Émirats arabes unis (EAU) respectivement.