Sviluppato negli anni '80 sulla base del missile pesante R-33 (AA-9 Amos), l'R-37 (AA-13 Axehead) era stato progettato per fornire dispositivi che non disponessero del potentissimo radar del MIG-31, la capacità di ingaggiare bersagli aerei a lungo raggio. Per questo, il cercatore radar semi-attivo dell'R-33 fu sostituito da un cercatore radar attivo accoppiato con navigazione inerziale come per il missile americano AIM-54 Phoenix che equipaggiava l'F-14 Tomcat della US Navy, ciò che doveva rendere possibile dotare il missile di una gittata di 200 km a bordo di caccia da superiorità aerea come il Su-27 o il Su-30. Tuttavia, le difficoltà economiche incontrate dall'Unione Sovietica hanno indotto le autorità a rallentare notevolmente i lavori di questo programma nel 1988, senza che fosse mai commissionato. Nel 2006, forte dell'impegno e dei nuovi fondi messi a disposizione dal Cremlino dall'arrivo di Vladimir Putin, lo specialista missilistico russo Vympel MKB si è impegnato a riesumare il programma, nell'ottica di ammodernarlo per poter equipaggiare il nuovo Caccia Su-30SM, Su-35 e Su-57.
L'aeronautica russa voleva acquisire un missile in grado di rappresentare una minaccia per supportare velivoli come velivoli avanzati di allarme aereo (Awacs E-3 Sentry, E-7 Wedgetail, E-2 Hawkeye, ecc.), velivoli cisterna come il KC -135, l'A330 MRTT o il KC-130, oltre a dispositivi di intelligenza elettronica come il Rivet Joint o il Compass Call. Per lo stato maggiore russo si trattava di neutralizzare l'efficacia di questa flotta aerea di supporto, che costituisce un considerevole moltiplicatore di forza per la NATO. Inizialmente progettato per sostituire l'R-33 come parte della modernizzazione del Mig-31BM, il missile è entrato in servizio nel 2018 a bordo di questo velivolo. Molto rapidamente, gli ingegneri russi si sono impegnati a farlomontare l'R-37M a bordo dei Su-35, l'ultimo caccia per la superiorità aerea della famiglia Flanker, dotato del potentissimo radar ad antenna elettronica passiva (PESA) Irbis-E. Appena due anni dopo, al fine 2020 è stata dichiarata operativa la coppia Su-35/R-37M all'interno dell'aeronautica russa.
Capace di ingaggiare un ordigno a 200 km in tiro diretto, e fino a 400 km in tiro planante ad alta quota, l'R-37M raggiunge una velocità terminale superiore a Mach 5, conferendogli un'ampia zona di non evasione, cioè la distanza al di sotto del quale il bersaglio non può più uscire dall'inviluppo di lancio del missile con la manovra. Essendo stato sviluppato solo in Russia, anche negli anni '80, e non essendo mai stato esportato, poche informazioni al riguardo sono riuscite a filtrare consentendo di configurare efficacemente i sistemi di disturbo difensivi per contrastare questa minaccia, all'interno della NATO come le forze aeree ucraine. Soprattutto, mentre la percezione generale tendeva a qualificare l'R-37M come un missile specializzato nell'intercettazione di bersagli imponenti e poco manovrabili della flotta di supporto, ora sembra che sia molto efficace anche contro aerei da combattimento di caccia o cacciabombardieri tipo molto manovrabile ed in evoluzione, inoltre, a bassissima quota. E infatti, fino ad oggi, la coppia Su-35/R-37M rappresenterebbe, secondo l'aeronautica militare ucraina, la più grande minaccia per i suoi aerei da combattimento operare vicino alla linea di ingaggio, anche a bassa quota e ad alta velocità.
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