Η απόφαση να ξεκινήσουν εργασίες για την παραγωγή δικινητήριου αεροσκάφους ταυτόχρονα με το μονοκινητήριο Mirage 2000 λήφθηκε τον Σεπτέμβριο του 1976. Δεδομένου ότι το Super Mirage 4000 ήταν μια τεχνολογική αναβάθμιση του Mirage 2000 (εκτός από το μπροστινό τμήμα του αεροσκάφος το οποίο ήταν εξοπλισμένο με βοηθητικά κάναρντς) ο σχεδιασμός και η κατασκευή των δύο νέων αεροσκαφών πραγματοποιήθηκαν ταυτόχρονα.
Οι Γάλλοι αυτοχρηματοδότησαν την ανάπτυξη του Mirage 4000. Συγκεκριμένα, η Avions Marcel Dassault-Breguet Aviation, ήταν υπεύθυνη για την άτρακτο και την συναρμολόγηση. Οι κινητήρες Snecma M 53 παραχωρήθηκαν από την κυβέρνηση βάσει της συμφωνίας της 21ης Ιουνίου 1978 με τον Υπουργό Άμυνας και λήφθηκαν από το απόθεμα του προγράμματος Mirage 2000.
Τα σύνθετα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν στο Mirage 4000 επέτρεψαν σημαντική μείωση βάρους και εξαιρετική αντίσταση στην κόπωση. Το Mirage 4000 ήταν το πρώτο αεροσκάφος στον κόσμο που διαθέτει πτερύγια κατασκευασμένο από σύνθετο υλικό από άνθρακα. Οι δύο κινητήρες Snecma M 53 με ονομαστική ώση 10 τόνων έβαλαν την αναλογία βάρους-προς-ώσης του Mirage πάνω από 1/1. Επιπλέον, η σχεδιαστική του απόδοση ξεπέρασε κάθε άλλο αεροσκάφος στην κατηγορία του. Έχει χωρητικότητα καυσίμου τρεις φορές μεγαλύτερη από αυτή του Mirage 2000 και μπορούσε να ανεφοδιάζεται εν πτήση.
Στις 9 Μαρτίου 1979, ένα χρόνο μετά την παράδοση του Mirage 2000, το μονοθέσιο Mirage 4000 με δύο κινητήρες Snecma M 53 πέταξε για πρώτη φορά στο Istres με τον Jean-Marie Saget στο πιλοτήριο. Αμέσως μετά την έκτη πτήση, το Mirage 4000 πέτυχε ταχύτητα Mach 2,04 και επιβεβαίωσε τις προβλέψεις φτάνοντας τα 50.000 πόδια με ταχύτητα Mach 2 σε 3 λεπτά 50 δευτερόλεπτα.
Όπου ήταν δυνατόν, τα συστήματα και τα ηλεκτρονικά προσαρμόστηκαν από το Mirage 2000. Το υδραυλικό σύστημα κατασκευάστηκε από την Messier-Hispano-Bugatti, τροφοδοτούταν από τέσσερις προηγμένες αντλίες και χρησιμοποίησε ελαφρούς αγωγούς τιτανίου. Το Mirage 4000 χρησιμοποίησε επίσης δύο ηλεκτρικές γεννήτριες Auxilec. Σε ένα θάλαμο πίσω από τον πιλότο υπήρχε η APU Turboméca Palouste (για την εκκίνηση των κινητήρων). Το πρωτότυπο χρησιμοποίησε το ίδιο ραντάρ Doppler RDM πολλαπλών λειτουργιών όπως το Mirage 2000, αλλά ένα ραντάρ με διάμετρο τουλάχιστον 80 εκατοστά (31,5 ίντσες) θα μπορούσε να χωρέσει στο πολύ μεγάλο κώνο της μύτης. Άλλα ηλεκτρονικά περιελάμβαναν έναν ψηφιακό αυτόματο πιλότο, οθόνες πολλαπλών λειτουργιών, ένα INS τύπου SAGEM Uliss 52, έναν υπολογιστή δεδομένων τύπου Crouzet 80, ένα HUD Thomson-CSF VE-130 και ένα ψηφιακό αυτόματο σύστημα άφεσης όπλων.
Ο βασιλιάς της Σαουδικής Αραβίας και ο Σάχης του Ιράν ενδιαφέρθηκαν για το πρόγραμμα Mirage 4000, ακόμη και πριν από την πρώτη του πτήση. Αν και υπήρξαν συνομιλίες, δεν επιτεύχθηκε συμφωνία για πώληση.
Τον Δεκέμβριο του 1977, η Γαλλική Πολεμική Αεροπορία ζήτησε από το Τμήμα Αεροναυπηγικών Κατασκευών του Υπουργείου Άμυνας να εξετάσει την ανάπτυξη ενός νέου αεροσκάφους για να αντικαταστήσει το Jaguar. Έτσι, η Dassault-Breguet άρχισε να σχεδιάζει το ACX / Rafale.
Το Mirage 4000 θα αποτελούσε το αντίπαλο δέος των F-15 και Su-27. Η χρονική συγκυρία της εμφάνισής του όμως και η αποτυχία να επιτευχθεί συμφωνία πώλησης σε ξένους πελάτες, σήμαναν τη καταδίκη ενός εκπληκτικού αεροσκάφους.
