МиГ-25Р предназначен для оптической, радиотехнической и радиолокационной разведки с больших высот. В ответ на появление в США высотных разведчиков Lokheed U-2 и Martin/General Dynamics RB-57F во второй половине 50-х годов в ряде советских ОКБ начались исследования аналогичных высотных разведывательных самолетов с крылом большого удлинения. Однако в 1959 году усилия конструкторов были переключены на создание сверхзвукового самолета Е-155 в варианте как истребителя-перехватчика (Е-155П), так и высотного разведчика (Е-155Р). Кроме того, рассматривалась возможность создания самолета-носителя аэробаллистической ракеты Е-155Н.

В мае 1960 г. ВВС выработали требования к составу разведывательного оборудования самолета Е-155Р. Было предложено 8 комплектов для ведения фотографической, радиотехнической, топографической и инфракрасной разведки. На Е-155Р возлагалось ведение разведки позиций тактических баллистических ракет, центров ПВО, мест дислокации боевой техники сухопутных войск, аэродромов, военно-морских баз, портов, крупных складов, кораблей и т. п. Был уточнен и состав специального оборудования, которое должно было иметь три комплекта. Первоначально предполагалось оснащение Е-155Р лишь серийной или уже заказанной промышленности (для других самолетов) разведывательной фото- и радиоаппларатурой. Позже состав аппаратуры был пересмотрен. Так, для ведения разведки в сложных погодных условиях началась разработка подвесного беспилотного самолета-"доразведчика", подвешиваемого под фюзеляжем Е-155Р. За 150-200 км от цели осуществлялся сброс БПЛА, который снижался под нижнюю кромку облаков и осуществлял съемку объекта, а затем выходил в заданную точку, где, после выполнения разворота, оказывался и самолет Е-155Р, на который по радиолинии "сбрасывалась" информация с борта "доразведчика". В дальнейшем от применения подвесного БПЛА отказались, а для расширения круга выполняемых задач было решено создать несколько комплектов модульной разведывательной аппаратуры, устанавливаемых на унифицированный планер.

Разработка высотного сверхзвукового самолета оперативной разведки Е-155Р была задана тем же Постановлением Совета Министров СССР от 5 февраля 1962 г., в соответствии с которым велось создание перехватчика Е-155П, и Е-155Р рассматривался как его модификация. Основные конструктивные отличия разведчика от перехватчика заключались в перекомпоновке носовой части фюзеляжа, в которой вместо бортовой РЛС устанавливалось разведывательное оборудование, и установке на законцовках крыла несбрасываемых топливных баков общей емкостью 1 200 л с вертикальными "ластами", служившими для повышения путевой и снижения поперечной устойчивости. Основой разведывательного оборудования Е-155Р должны были стать аэрофотоаппараты АФА-70 (АФА-70М), АФА-72, АФА А-Е/10 и НАФА-75 в нескольких вариантах комплектации, устанавливаемые на съемных люках носовой части фюзеляжа, а также станция общей радиотехнической разведки (РТР) Ромб-4А (или Ромб-4Б). В дальнейшем предусматривалось применение и другой аппаратуры. Для самолета была создана система автоматизированного управления САУ-155Р. По сравнению с перехватчиком, разведчик планировалось оснастить комплексной навигационной цифровой системой "Пеленг", в состав которой впервые включалась система инерциальной навигации с цифровой ЭВМ и коррекцией от доплеровского измерителя скорости и угла сноса (ДИСС). Для индивидуальной защиты самолета-разведчика в состав его оборудования была введена встроенная станция активных помех "Сирень-1Ф" ("Сирень-2Ф", "Сирень-3Ф" в сменной комплектации).