История программы JSF берет свое начало с 1980-х, когда специалисты воздушных и морских сил США приступили к изучению концепции легкого ударного самолета. Проведенные исследования показали, что единый самолет для ВВС и ВМС можно сделать. В феврале 1993 г. для продолжения дальнейших исследований по программе JSF привлекли фирмы «Макдоннелл- Дуглас» и «Локхид-Мартин», а через год в работу включилась и фирма «Боинг». Самолет задумывался как ударный, однако при этом сохранялась способность к ведению как оборонительного, так и наступательного воздушного боя. Главной особенностью этого проекта являлось создание на основе единого базового планера нескольких типов самолетов — «сухопутного», палубного, а также самолета короткого взлета и вертикальной посадки. По оценкам специалистов, стоимость исследовательских и проектных работ по созданию единого самолета будет в два с лишним раза меньше, чем создание трех разных машин.
Проблема решения столь сложных задач, применительно к одному типу боевого самолета, встала, пожалуй, впервые в истории мирового авиастроения. Все ранее предпринимавшиеся американцами попытки создания такого единого самолета заканчивались провалом. JSF должен был стать недорогой, простой и дешевой в обслуживании машиной для доставки к цели высокоточного оружия, обладать способностью поражать цели с круговым вероятным отклонением около 15 м. Для снижения расходов МО США в программу JSF были втянуты и партнеры по НАТО. В 1995 г МО США начало полномасштабное бюджетное финансирование создания истребителя. В соответствии с техническими требованиями истребитель должен был иметь умеренную сверхзвуковую скорость (М = 1,5) и по маневренности не уступать истребителям четвертого поколения. На все модификации самолета планировалось установить модифицированные варианты двигателя пятого поколения F119 фирмы «Пратт-Уитни» с системой управления вектором тяги. Для самолетов морской пехоты создаются специальные подъемно-маршевые модификации двигателя F119.
Истребители для ВВС, самые простые и дешевые, должны базироваться на обычных аэродромах с возможностью использования в качестве ВПП участков автострад. Палубные самолеты, наиболее сложные и дорогостоящие, предназначены для базирования на авианосцах и перспективных кораблях, оснащенных катапультами и аэрофинишерами. Для корпуса морской пехоты США и Великобритании истребитель должен обладать возможностью короткого взлета и вертикальной посадки. Для выполнения боевых задач он должен базироваться на передовых полевых аэродромах и ограниченных площадках.
Проведенный в 1996 г. конкурс проектов самолета JSF выделил для дальнейшей работы две фирмы — «Боинг» и «Локхид-Мартин». Им достались правительственные контракты на разработку и постройку летно-демонстрационных самолетов Х-32 («Боинг») и Х-35 («Локхид-Мартин»). Фирма «Макдоннелл Дуглас», хотя и предложила оригинальный проект истребителя без вертикального оперения, что обеспечивало бы ему существенное снижение радиолокационной заметности, осталась вне игры.
Фирма «Боинг» предложила вариант истребителя Х-32 по схеме «бесхвостка» с относительно толстым треугольным крылом. По утверждению представителей фирмы, толстое крыло играет ключевую роль в достижении заданной дальности, боевой нагрузки и к тому же облегчает планер самолета. На топливо приходится 40% взлетной массы самолета, что гораздо больше, чем у самолетов этой же фирмы F-I6 и F/A-18. В 1999 г. проект серийного самолета существенно изменился. Вместо схемы «бесхвостка» была применена нормальная аэродинамическая схема с горизонтальным цельноповоротным оперением.
Два опытно-демонстрационных самолета Х-32А (с вертикальным взлетом) и Х-32В (в варианте для ВВС) были построены в 1999 г., а их одновременная торжественная выкатка состоялась 14 декабря того же года. В конце мая 2000 г. был успешно завершен первый этап рулежных испытаний Х-32А. За первым этапом последовали скоростные пробежки самолета по аэродрому. Первый полет опытного самолета Х-32А состоялся 18 сентября 2000 г. на авиабазе Эдвардс (первоначально первый полет намечался на май 2000 г., но из-за длительной забастовки инженерно-технических работников фирмы его перенесли). Летчик-испытатель Фред Нокс заявил после полета, что «поведение самолета оказалось таким, какое мы получили на пилотажных стендах». В ходе полетов Х-32А летал в точности, как его математическая модель, установленная в тренажере. Х-32А продемонстрировал возможности самолета с горизонтальным взлетом и посадкой (вариант для ВВС) и самолета палубного базирования для ВМС. После 66 испытательных полетов самолет завершил программу летных испытаний, названную «одной из наиболее успешных программ летных испытаний за всю историю».
Второй самолет Х-32В, имеющий минимальные внешние отличия от Х-32А, также готовился к испытаниям. Силовая установка самолета прошла объемные стендовые испытания, совершила более 1000 переходов с режима горизонтальной тяги на режим вертикальной тяги и обратно. К январю 2001 г. на заводе фирмы в г. Вест Палм Бич испытания двигателя завершились. На аэродроме в Палмдэйле Х-32В начал испытания с наземной работы двигателя и рулежек на малых и средних скоростях. По словам летчика-испытателя Д. О'Доханью, на земле самолет ведет себя точно так же, как и прототип Х-32А. В марте 2001 г. состоялся первый полет Х-32В. Во время третьего полета самолет перешел из режима горизонтальной тяги в режим висения и обратно. Двигатель позволяет самолету очень быстро (за 1—3 с) переходить от самолетного режима на режим висения и обратно, причем как вблизи, так и вдали от земного экрана. Это значительно отличает новый самолет от английского «Харриера», который на режиме вертикальной тяги нуждается в земном экране, а затем переходит из него в режим висения без влияния земли.
В середине августа 2001 г. данные, полученные в ходе испытаний, были переданы в Единую комиссию по программе JSF. В отличие от своего конкурента — фирмы «Локхид-Мартин», фирма «Боинг» представила на конкурс экспериментальный самолет, отличающийся от предполагаемого серийного. Несмотря на ставку многих специалистов на победу фирмы «Боинг», 25 октября 2001 г. победителем была объявлена фирма «Локхид-Мартин». Не последнюю роль в формировании этого решения сыграл фактор антимонопольной политики, проводимой Министерством обороны США.