Rząd Francji wybrał do realizacji propozycję Dassault, opartą na projektowanym ciężkim samolocie myśliwskim Mirage IV. Wstępne zamówienie na skonstruowanie bombowca skierowano 28 listopada 1956 roku. Pierwszy prototyp nowego samolotu, Mirage IV-01, oblatany 17 czerwca 1959 roku, był w zasadzie powiększonym dwusilnikowym rozwinięciem myśliwca Mirage III, zachowując jego charakterystyczny układ bezogonowej delty. Miał on maksymalną masę startową 20 343 kg i powierzchnię nośną 70 m², a napędzany był silnikami SNECMA ATAR 9B o ciągu 9000 kG z dopalaniem. Silniki również pochodziły z Mirage III. Samolot ten pobił w 1960 roku dwa rekordy prędkości na dystansie zamkniętym 1000 km – 1822 km/h (19 września) i 500 km – 1972 km/h (23 września), lecąc z prędkością między Ma 2,08 a 2,14. 13 lutego 1961 roku prototyp Mirage IV-01 został jednak utracony na skutek awarii silnika (załoga katapultowała się).