Mirage F1.M53 som fløy første gang 22. desember 1964 var en eksperimentell variant utstyrt med den kraftigere SNECMA M53 turbofanmotoren. F1.M53 var basert på F1C, men skroget og understellet måtte forsterkes og flyet måtte utstyres med større luftinntak. F1.M53 ble markedsført som en etterfølger for Lockheed F-104 Starfighter i konkurranse med Saab 37 Viggen og General Dynamics F-16og når F16 fikk kontraktene ble videre utvikling av F1.M53 stanset.