F2採用高挂置式后掠翼及水平尾翼构型。原型机以普惠涡轮扇发动机作动力，并于1966年6月12日首飞。后来经改装採用斯奈克玛涡轮风扇发动机于1966年12月29日进行第二次飞行。在同一时期，法国亦正在发展单座截击机种幻影F3，及保守简单化的轻型战斗机幻影F1。最终法国空军选择继续发展技术成熟的幻影F1，而幻影F2及幻影F3皆没有进行量产。后来幻影F2项目的机体及引擎被转移成为研发同样使用可变后掠翼技术的幻象G型战斗机的基础。