1981年至1989年，休斯公司于1981年12月获得为期54个月的研制合同。除了需要研制新的发动机之外，该阶段早期基本上是工程设计的改进完善期，计划制造99枚试验导弹。1985年1月，美国空军、海军和休斯公司着手重新编制计划，将全尺寸研制阶段延长到79个月（实际用了85个月），试验导弹的数量增加到122枚（最终制造了128枚）。

1984年12月至1989年1月，使用94枚制导试验弹以及6枚分离控制试验弹，共进行了79次研制试验与鉴定和21次初始作战试验与鉴定。有记录可查的75枚导弹发射中，有58枚成功，其中19枚直接命中目标，发射成功率达77%。

1990年2月至1993年5月，空军作战试验和鉴定中心进行了后续作战试验与鉴定第一阶段的工作。

1991年1月至7月，海军从F/A-18C/D飞机上发射了6枚第2生产批的AIM-120A导弹。

1993年6月至1996年3月，美国空战中心进行了后续作战试验与鉴定第二阶段工作，进一步测试AIM-120的作战能力，以鉴定在真实战术环境下导弹的作战效能和适用性。

1987年6月，AIM-120空空导弹开始低速生产。

1991年，AIM-120空空导弹正式列装美国空军。

1992年4月，AIM-120空空导弹开始正式批量投产。美军最初计划总共采购24320枚该型导弹。1999年9月，第1万枚导弹下线交付。

到2000年初，美军在试验和作战中总共发射了1327枚AIM-120空空导弹，其硬件成功率达到94%。

AIM-120空空导弹采用正常式气动布局，大长细比弹体尖锥型头部。弹体中部装有较小的弹翼，以保证低速飞行时的机动性。尾部有4片控制舵，由电动舵机驱动。弹翼与尾舵呈“X-X”形配置。弹体采用不锈钢材料，以适应高速气流引起的气动加热和大过载要求。导弹采用模块式结构设计，由4个主要舱段构成。从前至后依次为制导舱、惯性基准装置与引信战斗部、火箭发动机和舵机舱。制导舱内装有采用平板天线和行波管放大发射机的主动雷达导引头。天线被尖锥形的陶瓷天线罩覆盖。发射机的后边是电子装置，其中有一个32MHz的微处理器，执行导航、自动驾驶仪、雷达、引信及自检功能。制导舱的后边是惯性基准装置和引信战斗部。弹体的后半部分是火箭发动机和电动舵机，舵面布置在发动机长尾排气管的周围。发动机喷管的旁边装有数据链的接收天线，载机发出的关于目标位置和速度矢量的修正信息通过天线传到弹上。

与AIM-7空空导弹相比，AIM-120导弹的弹径减小12.5%（由8英寸减为7英寸），翼展减小47.5%，重量减轻32%。粗略估计，AIM-120导弹的飞行阻力比“麻雀”导弹减小30%。AIM-120采用了钛合金前弹体和钢制后弹体壳体，以适应气动加热和大过载要求，具有阻力小、重量轻等特点，比“麻雀”导弹具有更高的速度和更大的机动过载。

AIM-120A/B型空空导弹采用WPU-6/B型高性能、高比冲、少烟、串联双燃速内孔装药、助推-续航的固体火箭发动机。该发动机质量为70.76千克，内装46.72千克固体含量为87%的HTPB推进剂，总冲104千牛·秒。发动机由航空喷气公司和阿连特技术系统公司制造。AIM-120C导弹采用基本型WPU-16/B，AIM-120C-5导弹使用加长0.125米的新型PNG672798-1Plus 5发动机，由阿连特技术系统公司生产。1995年阿连特技术系统公司与美国海军签订研究合同，将发动机的性能提高13%。新的发动机采用全程助推型来替代已服役的助推-续航型。

AIM-120空空导弹的增程问题已提出过多次。雷神公司考察过多种推进装置的方案，其中包括增程空空导弹（ERAAM）和超视距空空导弹（BVRAAM），还有一种新型膏状推进剂发动机。2004年美国空军研究下一代冲压发动机推进的AMRAAM，以便内挂在F-22战斗机中。另外，变流量函道式冲压发动机（VFDR）的研究也一直在进行。

AIM-120导弹的动力系统采用少烟、双推力、高总冲固体火箭发动机，使射程比AIM-7M“麻雀”导弹远。发动机尾烟少可降低敌方发现导弹发射或逼近而采取规避动作的机会。助推-巡航单室双推力方案，可在导弹点火后先用大推力把导弹快速推进到最大速度Ma=4，然后用小推力巡航，以满足中距导弹的射程和末端机动能力要求。该发动机采用贴壁浇注成型的HTPB推进剂，其长度比“麻雀”导弹的发动机长0.57米，大大增加了装药量，确保导弹的高速度和远射程。

AIM-120系列是第一种真正实现发射后不管的雷达型空空导弹，采用惯性/指令修正与主动雷达制导方式。在主动雷达的作用距离内，载机发射导弹后可以随即离开。发射时，导弹受惯性系统控制。该系统质量1.45千克，内装三轴加速度自动驾驶仪、第二代微处理器和大规模集成电路。其第三代数字捷联式传感器的平均无故障时间达到14000小时。中段修正通过数据链指令进行。末段制导采用全天候脉冲多普勒主动雷达导引头。

主动雷达导引头的作用距离约为10千米，工作在Ⅰ波段（8~10吉赫兹），内装行波管放大器。为了尽早地截获远处的目标，发射机使用较高的脉冲重复频率。下视攻击低飞的目标时，则使用中等的脉冲重复频率。导引头具有±5°的视场角，导弹可以在目标离轴25°的情况下发射。

美国空军为AIM-120导弹研制了被动导引头。在末段电子环境需要的情况下，导弹可切换为被动雷达制导，攻击敌方干扰源。

AIM-120导弹的飞行控制系统采用自适应增益控制自动驾驶仪和与之相配的四个独立控制的电动舵机。该电动舵机由三个锂-铝热电池组供电，传动机构为滚珠丝杠减速器，直流无刷整体式4极电机用脉冲调宽电子组件控制。

AIM-120导弹使用质量为22千克的WDU-33/B型高爆破片式定向战斗部，装配具有抗杂波能力的无线电近炸引信和触发引信。预制破片战斗部爆炸后可生成198个“糖棒”式的破片。近炸引信可以探测到目标相对于导弹的方位，引导破片飞向目标，而不是沿圆周平均分布。1999年8月之后交付的AIM-120-C4导弹则配置一种改进的WDU41/B型战斗部，整个战斗部质量20千克，内装6.8千克PBXN-11高爆炸药。战斗部由阿连特技术系统公司研制，引信及安全解除保险装置由卡曼公司和雷蒙得工程公司开发。

AIM-120导弹采用主动雷达近炸引信，有四根天线，能在所有可能的末端遭遇条件下对付多种类型目标，包括歼击机、轰炸机和巡航导弹。该战斗部配合高精度制导系统和最佳延迟引信，具有很高的杀伤概率。

AIM-120空空导弹可采用两种发射方式，既可以从改型的弹射发射架上发射，也可以从标准的导轨式发射架上发射。该导弹可与AIM-7导弹所有的发射平台兼容，如F-15E攻击鹰飞机使用LAU-106和LAU-128发射架，其它可以兼容的发射架包括LAU-127和LAU-129。LAU-127A用在海军的F-14和F/A-18上，由马汶工程公司制造。LAU-128和LAU-129为响尾蛇和AIM-120导弹的通用发射架。F-22A战斗机使用LAU-142/A AVAL，也就是AIM-120导弹专用的垂直弹射架，可以使导弹从半埋式武器舱中发射，即使在超声速飞行中也不影响与飞机的分离。

AIM-120空空导弹的发射距离和发射条件，可选用不同的发射方式。在典型的攻击条件下，导弹首先利用弹上惯导系统进行制导，同时靠发射飞机的指令进行修正。然后，导弹进入中段自主飞行状态。在目标进人到主动雷达导引头的作用距离后，导引头自动开启，引导导弹飞向目标，载机此时即可脱离。

AIM-120A是AMRAAM的基本型，1976年开始研制，1991年、1993年先后在美国空军和海军服役。AIM-120A不可以重新编程，武器操作软件的任何修改都必须返回制造厂才能实现。

AIM-120B于1989年开始研制，1994年服役。为克服基本型的上述缺点，AIM-120B采用可重新编程的信号处理器，使其具有外场级的重新编程能力。新的战术软件送到外场后，无需从包装箱中取出导弹即可对其进行软件更新。作为“AIM-120可生产性增强计划”的产物，AIM-120B还对制导舱中的6块电路板进行重新设计，采用大规模集成电路电子部件和新的数字处理器，大幅降低了生产成本，新的制导舱代号为WGU-41/B。

AIM-120C是在AIM-120B的基础上，按照产品改进计划”（P3I）经过多阶段系列化发展而日益完善的。AIM-120C的主要特点是翼展和舵展有所减小，便于内挂；增强了抗电子干扰能力和战斗部杀伤能力；加长发动机舱段以增加射程；可以拦截巡航导弹等小目标。在此阶段，形成AIM120C-3、AIM-120C-4、AIM-120C-5、AIM-120C-6和AIM-120C-7共5个型号。

AIM-120C-3是P3I第一阶段的产品，1991年开始研制，1996年交付使用。为适应F-22隐形战斗机的内挂和增强抗电子干扰能力，它采用截梢的弹翼和舵面、新型WGU-44/B制导舱，并配装改进的自动驾驶仪。

AIM-120C-4/5/6是P3I第二阶段的产品。AIM-120C-4于1994年开始研制，1999年8月交付使用。主要改进是采用性能更强的WDU-41/B战斗部，毁伤能力提高10%。AIM-120C-5于2000年7月交付使用。主要改进是将发动机舱段加长127毫米，增加推进剂的装药，总冲增加10%，射程增加15%。在AIM-120C4战斗部方面所发现的扩爆管问题也在AIM-120C5中得到了纠正。除此之外，它还进行了大量的软件改进。AIM-120C-6通过采用象限目标探测器的新型引信系统，提高了杀伤能力。

AIM-120C-7是P3I第三阶段的产品，1998年10月开始研制，2003年进行首次发射试验，2004年3月完成工程研制，2007年8月完成作战试验与鉴定。2008年初在美国空军服役。AIM-120C-7保留了AIM-120C-6的引信、战斗部、火箭发动机和舵机舱，但对雷达导引头进行了重大改进，包括导引头天线、接收机、信号处理器以及软件算法等，使导弹即使处于恶劣的电子干扰作战环境下，也能够探测、截获和跟踪各种目标。在2003年进行的演示试验中，该型号导弹击落了由电子干扰保护的两个目标，从而证明了它的抗干扰性能。AIM-120C-7导弹是F-22隐身战斗机2005年投入使用后的主要武器。

AIM-120D是P3I第四阶段的产品，2003年12月开始工程研制，2006年雷神公司获得首份系留训练弹的生产合同。2007年，AIM-120D开展研制试验，2011年8月完成。2012年5月，美国军方进行了作战试验准备情况的评审。2013年5月，AIM-120D开始作战试验，截至到2014年3月，已经完成7次作战试验中的6次，计划2014年年底部署使用。AIM-120D的主要改进包括GPS辅助惯导、双向数据链、增大离轴发射角、改进制导软件以改善运动学性能、扩大不可逃逸区、射程提高50%，以及提高抗电子干扰能力，以进一步提高导弹的精度、射程、杀伤力和生存能力。但其火箭推进系统和AIM-120C-7相同。AIM-120D首先装备美国海军的F/A-18E/F，随后装备美国空军的F-15、F16、F-22和F-35战斗机。

1991年2月的海湾战争中，美国空军向波斯湾部署了52枚AIM-120导弹，装备在F-15飞机上，但没有发射。这些导弹累积战备值班2300小时，仅出现过两次故障，平均无故障时间为1150小时。军方要求的导弹技术成熟的指标为450小时，在当时的研制阶段，200小时即可接受。据官方宣布，AIM-120到1991年正式具备初始作战能力。

AIM-120空空导弹的第一次实战应用在1992年12月。美国空军第363联队的F-16C在伊拉克南部的禁飞区上空执行任务，仅用一枚AIM-120导弹即击落了伊拉克的一架米格-25战斗机。当时两机相距5.6千米，接近速度800米/秒，迎头攻击，导弹飞行时间约8秒。E-3A预警机指挥了这次攻击。

第二次实战在1993年1月17日，一架F-16用一枚AIM-120导弹击落了伊拉克的一架米格-29战斗机。次日，一架F-15在50千米的距离上迎头攻击伊拉克的米格-25飞机，但AIM-120未能击毁或重创这架米格飞机，接着又使用AIM-7麻雀导弹，攻击仍未成功。

1994年2月28日，美国空军的一架F-16C用AIM-120击落了塞尔维亚空军的一架海鸥（Galeb）飞机。

1999年3月科索沃战争期间，荷兰的-架F-16AM击落塞尔维亚的一架米格-29飞机，美国的F-15C用AIM-120击落塞尔维亚的2架米格-29飞机。

1999年3月26日，美国空军的两架F-15C击落两架米格-29战机。

1999年5月4日，一架F-16击落了一架米格-29。

AIM-120空空导弹正式投产之后，吸引了众多国外客户，其中包括澳大利亚、巴林、比利时、捷克、丹麦、芬兰、德国、希腊、匈牙利、以色列、意大利、日本、约旦、韩国、荷兰、挪威、阿曼、沙特阿拉伯、新加坡、西班牙、瑞典、瑞士、泰国、土耳其、阿联酋和英国。

2002年，AIM-120空空导弹的出口数量首次超过了美国国内的订购数量，仍居各类空空导弹世界出口市场的首位。

2022年7月25日美国国防安全合作局（DSCA）宣布，美国国务院已批准以对外军售（FMS）形式向日本出售150枚AIM-120C-7/C-8“先进中距空空导弹”（AMRAAM），合同总金额约为2.93亿美元，主承包商为雷神技术公司导弹系统分部。除150枚实弹外，美方还将提供3套AIM-120制导舱段、AIM-120导弹运输箱和控制舱段、武器支持设备、机密软件交付与支持、零部件、易耗品、机密技术文件、后勤与支持服务等内容。

2023年3月8日据美国军事网站“战争地带”（The War Zone）报道，美国军方正探索将AIM-120先进中距空空导弹集成到乌克兰的米格-29战斗机上。报道称，如果可行的话，它将为乌克兰空军提供一种新的超视距空对空能力，这种高性能导弹将对俄罗斯空中力量构成重大威胁。

AIM-120空空导弹之前的超视距空战，由于大多采用半主动雷达制导的导弹，发射导弹后，载机必须保持对目标的跟踪和照射，直至击中目标。在该段时间里，载机不能做大的机动，很容易遭到敌方的攻击，甚至可能出现空战双方都被对手击落的结局。

2008年8月，美国兰德公司在名为《空战的过去、现在与未来》报告指出，从海湾战争到科索沃战争，AIM-120空空导弹共发射17枚，命中10枚，命中率为59％。其中超视距发射13枚，命中6枚，命中率为46％。AIM-120空空导弹是世界上在超视距空战中首次击落敌机的空空导弹，其作战效能颇为可观。

AIM-120系列空空导弹的一弹多用充分显示了美军武器装备发展的技术创新氛围，也反映了美军利用各种领先的技术优势融合、集成和发展一种导弹多种用途和多种功能的理念。按照计划 2015年以后，美国空军将大量装备一弹多用导弹，使同一作战飞机不仅能实施远近空战、远近对面目标攻击，还可以实施对弹道导弹拦截和反卫星作战，使作战飞机真正成为多用途战斗机。所以多用途导弹将成为未来精确打击武器的新亮点，多用途导弹发展不仅将引发未来“空战革命”，也将对各种信息化武器装备的发展产生重大影响。（《飞航导弹》 评）