朝鲜战争初期，后掠翼俄制米格-15战机出现在北韩上空时，美国战机毫无招架之力。由于其轻质机身与优秀的发动机，米格-15战机在性能上与机动性能方面，可轻易地超越美国F-80机与F-84机(两者均为平直翼设计)，当时可与匹敌的，仅有后掠翼的F-86军刀机。但是这并非仅为后掠翼对抗平直翼的问题，而是含括了轻量级机身对抗重量级机身问题。米格-15是夜空中的明星，也是需要对抗的一种新式战机。

　　

F-86与米格-15

　　朝鲜战争期间迫切需要一种新式空优战机。那些曾与米格-15战机交手过的美国空军飞行员，他们希望新型的战机可牺牲重量和精密度，以换取更快的速度与机动性跟敌人对战。

　　洛克希德公司自1950年遍开始思考相同的问题，并由凯利•强生领导一个工程小组，设计出一架引人注意轻薄短小，且平直机翼的战机，这在当时是创新设计，且维持生产与维修方面简单便捷。

　　1950年中期，在美军终止洛克希德公司XF-90计划之后，洛克希德公司即着手为美空军研制全天候拦截型战机。该战机使用15000磅推力的J53型发动机，并因此赢得设计上的竞争;两架原型机被订购。此设计机型被洛克希德公司命名为Model 99。但不幸的是1951年1月，美空军改变了心意并取消Model 99计划，而由康维尔公司F-102机取代之。

　　1952年5月，洛克希德公司获得合约制造两架拦截战机的原型机，总重为32000磅，配备两具J65型发动机。那时洛克希德公司并不情愿参与市场竞争，因为美空军合约中，说明了美空军拥有专利权条文，如此法律上允许美政府可将生产权利交给任何一家飞机制造商。

　　由于洛克希德公司先前所提出的机型代号TDN CL-246，不符合美空军作战需求以取代战术司令部的F-100“军刀”，1953年3月12日，美空军在武器系统专案303A计划之下，订购两架。继而研发XF-104原型机(合约号码AF-23362)。同年4月30日，全尺寸实体模型机获美空军检视并验收后，于年中开始进行原型机生产。第一架在1954年1月出厂，并顺利击败其他机型竞争者：如诺斯罗普公司N-102、北美公司F-100B以及共和公司的新飞机。

　　

首架XF-104

　　为了使XF-104达到最高飞行速度，洛克希德公司选择了安装一具莱特公司YJ65-W-6型发动机，推力15000磅。那时J65标准型发动机推力才为10200磅。

　　第一架原型机运至爱德华空军基地后，于1954年2月28日，进行了第1次试飞。此次飞行因起落架上收问题，时间被迫缩短。真正完整的试飞是在3月4日，由洛克希德公司首席试飞员东尼·拉维尔驾驶。

　　1955年3月25日，第2架XF-104机安装J65标准型发动机，达到了最高速1.79马赫。同年4月18日，沙蒙所驾驶的第二架XF-104机，在进行机炮试射时，因发动机熄火被迫弹射跳伞。1955年11月1日，第一架XF-104机被美空军所接收。

　　

莱特公司的J65型涡轮喷气发动机

　　两架XF-104飞机，均配备不受欢迎的向下弹射式座椅，以及安装在机身左侧下方的6具M61型20毫米机炮。它们的特色是具全动式安定面T型尾翼，及下反角且薄的平直翼，由于它如剃刀般锋利，所以机翼前缘及后缘部位都必须加盖防护罩，以保护飞行员和机务检查飞机时免于割伤。由于F-104星式战机设计上是如此“新颖独特”，很快地它就获得一个头衔“有人驾驶的导弹”

　　洛克希德公司曾允诺过F-104，可达到两倍声速的性能，但在使用J65型发动机的情况下推力是不可能办到。此外，XF-104的原型机在高空高速的情况下，方向稳定性有异常现象和耗油量大的问题暴露了出来。

　　1954年7月，美国空军向洛克希德订购17架YF-104A预生产型用于试飞。按照当时的观点，大量飞机投入试飞将大大加快飞机的研制进度。和XF-104 相比，YF-104A安装新了新的J79型轴流式发动机，机身机身加长了 1.68米，机腹有一整流片，鼻轮是向前收起，机身内部增加两个油箱，其改良式进气口突出于机身两侧，内含震波分离式圆锥。第一架YF-104A配备一具YJ79-GE-3型9300磅推力发动机。后期YF-104A则配备改良的J79-GE-3A发动机，该型发动机可靠度较高。

　　

一代传奇经典，J79型涡轮喷气发动机

　　1956年2月17日，第一架YF-104A首次试飞。同年4月27日，一架YF-104平飞时达到2.13马赫。因此，F-104就成为美空军第1架具有两倍声速性能的战机。

　　

列于NASA博物馆的YF-104A

　　XF-104和YF-104A飞机的研制成功，致使153架F-104A星式战机，进入量产阶段并服役于美空军战术司令部和空中防卫司令部。该型飞机共生产2578架，也曾供应美军以外的一些盟国使用。

　　

仅存在图纸上的CL-1200

 

　　洛克希德公司曾为了扩展星式战机的销售而研发出一种型式为CL-1200长枪式战机，作为国际性外销战机(IFA)的竞争机种。长枪式飞机是F-104G的改良型，安装1部25000磅推力F100-PW-100或TF30-PW-100型发动机。不幸的是，当时F-5E二型已经主宰了国际战机发展方向，因而洛克希德将CL-1200改为X-27研发计划，以便得到美空军的长久研发支持，最终空军决定采购两架X-27，单纯用作研究测试。然而，当X-27模型机披露后，外观与CL-1200很相像，美空军决定不予采购，于是