Blížil se konec roku 1951 a běžné stíhací letouny zavedené do služby létaly kolem rychlosti zvuku, spíš méně. Nadzvukové rychlosti dosahovaly většinou jen ve střemhlavém letu, nebo zcela bez výzbroje. Ale piloti chtěli rychlejší stroje.
Když chtěl konstruktér firmy Lockheed Clarence „Kelly“ Johnson při návštěvě pilotů USAF (United States Air Force) bojujících v Koreji zjistit, co by jim vyhovovalo, dostal od stíhačů jasnou odpověď: lehký letoun překonávající protivníka v rychlosti, stoupavosti, dostupu a obratnosti.
V březnu 1952 dal Johnson dohromady tým, který měl postavit letoun, který bude létat dvakrát rychleji než zvuk. Byl to obrovský krok vpřed, který přinesl řadu problémů při zavádění letounu do řadové služby. Raketa s mužem uvnitř, hliníková rakev, bezkřídlý zázrak, to byly jen některé přezdívky, které dali piloti letounu, který jim umožnil zjistit, jaké to je letět dvakrát rychleji než zvuk.
Rychlost. Ostatní je druhořadé
Tehdejší znalosti aerodynamiky neumožňovaly žádné zázraky. Všechny nezbytné propriety, tj. radar, pilot, nádrže a motor, byly poskládány do dlouhého trupu s minimálním čelním průřezem, kterému dominovala hrotitá příď. K tomu byla připojena miniaturní křídla s tenoučkým profilem, která zaručovala minimální odpor při letu vysokou rychlostí. Na druhou stranu při letu malou rychlostí neposkytovala žádný přebytek vztlaku.
Ale s tím si konstruktéři hlavu nelámali. Nový stíhací letoun nebyl určen pro divoké manévrové souboje. Cíle měl dostihnout a zničit dřív, než stačí zjistit, odkud úder přišel. Na to potřeboval pouze vysokou rychlost a stoupavost.
Zajímavé je, že Johnson pracoval na vlastní pěst, bez toho, že by vývojové práce byly podpořeny požadavkem ze strany USAF nebo pobídkou od vedení firmy Lockheed. 31. října 1952 předložil vedení firmy projekt CL-246 a dostal povolení prezentovat návrh představitelům USAF.
Již 12. března 1953 měla firma Lockheed na stole objednávku na stavbu dvou prototypů, kterým bylo přiděleno vojenské označení XF-104 a bojové jméno Starfighter. Stavba šla rychle. 30. dubna 1953 proběhla obhlídka makety. V únoru 1954 začaly na základně Edwards pojížděcí zkoušky a 4. března uskutečnil zkušební pilot Tony Le Vier s prototypem první vzlet a pomalý dvacetiminutový okruh kolem letiště. Během letu se nepodařilo zatáhnout podvozek kvůli malému tlaku v hydraulickém okruhu.
První prototyp XF-104 byl vybaven méně výkonným bezforsážním motorem Wright J65-B-3 s tahem pouhých 37 kN. S tímto motorem nebyl schopen ve vodorovném letu překročit rychlost zvuku. Od července 1954 byl k dispozici motor J65-W-7 s přídavným spalováním. S ním dosáhl první prototyp rychlosti 1,79 M při horizontálním letu ve výšce 60 tisíc stop (18 288 m).
Druhý prototyp byl od začátku vybaven motorem J65-W-7, systémem řízení střelby AN/ASG-14T-1 a novým šestihlavňovým kanonem Vulcan. Cvičné střelby probíhaly zpočátku dobře, ale 17. prosince došlo k nehodě. Při první dávce v závěru kanonu explodoval náboj, vytrhl část potahu trupu, prorazil trupovou nádrž a zahltil motor palivem vytékajícím přímo do levého vstupu. Zkušební pilot Tony LeVier situaci zvládl a doklouzal s vypnutým motorem k úspěšnému nouzovému přistání.
Nakonec byly oba prototypy ztraceny. První kvůli flutteru ocasních ploch. Druhý mohl být pravděpodobně zachráněn, ale zkušební pilot se katapultoval po dekompresi kabiny způsobené vibracemi po závadě kanonu. Oba prototypy bylo možné snadno identifikovat podle pevných vstupů vzduchu k motoru.























