Два опытных экземпляра IIIR представляли, по существу, модифицированные машины "Мираж" IIIA, первый полет опытного самолета состоялся 31 октября 1961 года, а серийного - 1 февраля 1963 года. На самолете "Мираж" IIIR были установлены, в носовой части фюзеляжа вместо радиолокатора, пять фотокамер OMERA-31. Камеры могли использоваться для фоторазведки на малых, средних или больших высотах.

В 1971 году самолет был оснащен ИК датчиками "Циклоп", обеспечивающими ведение разведки на высотах 100-2000 м с воспроизведением теплового изображения местности и объектов на 70-мм пленке, а в 1976 году - ИК датчиками "Супер Циклоп".

Система навигации и вооружение самолета IIIR были практически такими же, как на самолете IIIE. Самолет мог нести две 30-мм пушки "Дефа" и радиолокационный прицел для бомбометания с малых высот.

Было заказано более 110 машин для ВВС Франции и ВВС других стран, включая Ливию, Швейцарию, Пакистан (три самолета IIIRP) и Южную Африку (небольшое количество самолетов IIIRZ, аналогичных IIIRD). В 1970-х годах экспортные варианты "Мираж" IIIR были куплены Абу Даби, Бельгией, Колумбией, Египтом, Ливией, Пакистаном и Южной Африкой.

Развитием "Мираж" IIIR стал самолет IIIRD, отличавшийся от предшественника установкой в обтекателе под носовой частью фюзеляжа ДИСС, гироскопического прицела и автоматических камер с возможностью подвески инфракрасной станции разведки "Циклоп" в подфюзеляжном обтекателе. Он оснащен фотокамерами "OMERA" ("OMERA") 40(панорамная) и OMERA 33, РЛС бокового обзора, предусмотрена установка ИК датчиков "Циклоп" или "Супер Циклоп" фирмы САТ (SAT). Самолет не имеет системы заправки топливом в полете.

ВВС Франции заказали 20 самолетов IIIRD.

Начиная с 1983 года самолеты "Мираж" IIIR и IIIRD в составе 33-й разведывательной эскадрильи ВВС Франции начали заменяться разведывательными самолетами "Мираж" F-1R; а с 1985 года - F-1CR (авиабаза в г. Страсбург).