На основе опыта, приобретенного в Корейской войне, ВВС США пришли к выводу, что самолеты, предназначенные для уничтожения воздушных целей, должны иметь малую взлетную массу и простую конструкцию; при высокоэффективной двигательной установке это обеспечит не только хорошие летные характеристики, но также и простоту в обслуживании.
F-104 разработан под руководством выдающегося американского конструктора К. Джонсона в соответствии с выпущенными ВВС США в декабре 1952 г. требованиями к легкому дневному истребителю завоевания превосходства в воздухе, предназначенному для замены, начиная с 1956 г., самолетов F-100 в составе тактического авиационного командования. При его создании был использован опыт, накопленный при проектировании опытного истребителя «Локхид» F- 90 (1949 г.) и экспериментального самолета «Дуглас» Х-3 (1952 г.). Вначале ВВС предполагали разработку относительно тяжелого самолета с треугольным крылом и изменили свою позицию лишь после представления фирмой Локхид в ноябре 1952 г. инициативного проекта легкого истребителя с прямым крылом. Ради достижения высоких летных характеристик, главным образом скороподъемности и максимальной скорости, БРЭО самолета было упрощено. По скороподъемности, достигавшей 250 м/с, будущий F-104 должен был намного превосходить любой современный истребитель.
После выпуска требований технические предложения поступили также от фирм «Рипаблик» и «Норт Америкэн», однако выбор фирмы «Локхид» был обусловлен не только высокими качествами ее проекта, но и желанием ВВС предотвратить монополию фирм «Рипаблик» и «Норт Америкэн» на разработку и производство истребителей. 11 марта 1953 г. был выдан контракт на постройку и испытание двух опытных самолетов XF-104.
Однако по мере разработки самолет F-104 постепенно утрачивал черты легкого самолета, превращаясь в самолет, пригодный для выполнения как истребительно-бомбардировочных, так и разведывательных заданий. При этом его взлетная масса возросла почти вдвое. В 1953 г. фирма получила заказ на 17 предсерийных самолетов F-104, из которых каждый последующий отличался от предыдущего небольшими изменениями. Первый опытный экземпляр с двигателем J-65 фирмы «Кертисс-Райт», имевшим тягу 5000 кг, был перевезен на базу Эдвардса в начале 1954 г. и 7 февраля 1954 г. совершил первый полет. Этот самолет, имеющий обозначение XF- 104, выполнил более 300 экспериментальных полетов. Было построено 52 (по сравнению с 17 планировавшимися) предсерийных самолетов, летные испытания первого из которых начались 17 февраля 1956 г.
Самолет F-104A был принят на вооружение 26 января 1958 г., но не в тактической авиации, как планировалось, а командованием ПВО (хотя самолет задумывался не как перехватчик) в связи с задержками по программе F-104 и острой нуждой, которую командование ПВО испытывало в промежуточном истребителе для заполнения «бреши» между снятым с эксплуатации F-102 и предполагавшимся к принятию на вооружение F-106. В 1960 г. часть самолетов F-104A была передана ВВС национальной гвардии.
Первоначальный успех истребителя F-104 фирмы «Локхид» был чрезвычайным. 15 государств мира за 20 лет, начиная с 1958 г., закупили в США около 2200 самолетов из 2615 произведенных за это время. С 1958 по 1975 г. летчиками США, которые пилотировали различные модификации этого самолета, было установлено 16 различных мировых рекордов.
В мае 1958 г. были установлены мировые рекорды скорости 2259,8 км/ч и высоты 27 812,7 м полета, в декабре 1958 г. — три рекорда набора высоты: 3000 м за 41,35 с 15 000 м за 131,1 с 25 000 за 266,03 с. 24 октября 1977 г. на самолете F-104RB собственной сборки Д. Гринеймер установил мировой рекорд скорости 1590,45 км/ч на базе 3 км на малой высоте (этот самолет был потерян в аварии в начале 1978 г.). Одна из модификаций этого самолета NF-104A, специально подготовленная для тренировки космонавтов и снабженная РДТТ с тягой 2720 кг, достигла при взлете с земли максимальной высоты 36 630 м.
Однако самый мрачный рекорд в истории мировой авиации установили летчики Федеративной Республики Германии: на истребителях F-104G (G — Германия), производимых специально для ФРГ, за 10 лет произошло 205 катастроф. Эти самолеты, получившие название «Летающие гробы», вызывали ненависть и страх у военных летчиков тех стран, где они были на вооружении.
Один из секретов успехов фирмы «Локхид» в продаже своей не очень качественной продукции был раскрыт во время нашумевшего процесса, проведенного в Японии и связанного с широким подкупом должностных лиц, организованного фирмой. Кроме того, сыграла определенную роль и шумная реклама самолета, связанная с его рекордами, занесенными в таблицу рекордов ФАИ.
Самолет представляет собой моноплан классической схемы со среднерасположенным прямым трапециевидным крылом и цельноповоротным горизонтальным оперением. Крыло с углом стреловидности 18° по линии 25% хорд имеет отрицательный угол поперечного V = —10°. Оно оснащено по всему размаху отклоняемыми носовыми щитками и околофюзеляжными выдвижными закрылками со сдувом пограничного слоя (УПС). Сдув пограничного слоя осуществляется сжатым воздухом от компрессора двигателя. Сжатый воздух системы УПС выходит через 55 щелей размером 13,9x2,3 мм, расположенных с шагом 23 мм друг от друга в трубе, установленной вдоль передней кромки закрылков.
Фюзеляж типа полумонокок имеет удлиненную форму, заостренную переднюю часть и выполнен без учета правила площадей. В задней части фюзеляжа по бокам расположены два тормозных щитка, под форсажной камерой — отсек тормозного парашюта и подфюзеляжный киль. На начальной стадии разработки Т-образное хвостовое оперение имело стабилизатор с рулем высоты, но после дополнительных исследований перешли к цельноповоротному стабилизатору. В первых модификациях самолета использовалось катапультирование сиденья вниз через аварийный люк. При аварийных ситуациях на малых высотах сначала было необходимо перейти в перевернутый полет и только потом катапультироваться. Из-за трагических последствий для летчиков при покидании самолета позднее стали применять катапультирование вверх.