F-104的研製始於1951年，當時北韓空戰經驗給戰機設計帶來了深遠的影響。1953年，洛克希德公司接到了生產兩架XF-104原型機的合同。僅僅11個月後，1954年2月7日，第一架原型機首飛。兩架XF-104和後來生產的15架YF-104接受了美國空軍的評估，這15架飛機中大部分採用了與原型機相同的萊特J-65-W-6渦噴發動機。

生產型飛機稱為F-104A，於1958年1月開始交付美國空軍防空司令部使用。由於F-104A缺乏全天候作戰能力，因此防空司令部使用的F-104A有限，僅裝備了兩個戰鬥機中隊。巴基斯坦購買過F-104A，並參加過1969年的印巴衝突。F-104B是雙座型；F-104C是戰術戰鬥轟炸機，1958年10月，首批77架該型機交付第479戰術戰鬥機聯隊（唯一一個使用過該型機的部隊）。

F-104D和F-104F是另外兩種雙座型“星戰士”，之後是F-104G。從數量上說，F-104G是“星戰士”最重要的型號。F-104G以F-104C單座多用途飛機為基礎，結構進行了強化，更換了許多裝置，如上射型洛克希德C-2彈射座椅（以前使用的是下射型座椅）。1960年10月5日，第一架F-104G首飛；至1966年2月，共生產了1266架，其中977架是歐洲“星戰士”聯合體生產的，其餘是洛克希德公司生產的。德國空軍裝備了750架，義大利空軍154架，荷蘭皇家空軍120架，比利時空軍99架。

CF-104是一種攻擊-偵察機，加拿大飛機公司為加拿大皇家空軍生產了200架CF-104。加拿大飛機公司還為挪威、西班牙、丹麥、希臘和土耳其空軍生產了110多架F-104G。F-104J與F-104G相似，裝備於日本航空自衛隊。1961年6月30日，第一架F-104J首飛，三菱公司共生產了207架F-104J。F-104S是F-104G發展而來的截擊機，可以攜帶多種武器，速度達2.4馬赫，義大利根據許可證生產了165架。

一般說來，飛行員很喜歡F-104。座艙設計良好，空間充裕，所有的儀器和開關按照常規佈置，視野優良。鼻輪轉向裝置使其便於在地面移動，起飛滑跑速度可達100節。在空中，“星戰士”很穩定，但操縱桿比較重。做特技飛行時，翻滾能力平平，轉彎能力較差。錶速500節時，轉一圈需要3050米的空間。進場和降落沒有太大問題。一般採用恆速進場，根據油量的不同，速度在175～205節之間。機輪剎車裝置很有效，每個機輪都有發電裝置提供剎車保護。速度超過367千米/小時，可以使用尺寸達5.5米的減速傘。另有停機鉤以備緊急情況時使用。

不過這種戰鬥機因為較高的事故率，被各國空軍起了許多外號，例如德國和義大利空軍叫它“寡婦製造者”和“飛行棺材”，美國空軍飛行員們認為它是“人操火箭”（身材狹長，就像是一枚火箭）。有資料顯示，F-104戰鬥機的墜機率為：西德32%，荷蘭31%，比利時37%，義大利37%，加拿大45%，日本15%，某地區為46%。以該機最大的海外使用者西德空軍為例，採購的916架F-104戰鬥機中，共因事故損失298架，造成了116名飛行員喪生。