XF-104
Prototipo, 1954.
YF-104A
Esemplari di test e preserie, 1956.
F-104A
Prima versione di serie, 1957.
F-104B
Addestratore biposto, 1957.
F-104C
Versione multiruolo, 1958.
F-104D
Versione biposto dell'F-104C, 1958.
F-104G
Versione ognitempo multiruolo/strike per l'esportazione, con radar NASARR, 1961.
TF-104G
Addestratore biposto, 1961.
RF-104G
Ricognitore, 1961.
F-104J
Variante ottimizzata per il Giappone, 1961.
F-104N
Esemplari usati dalla NASA.
F-104S
Versione compatibile con missili SARH realizzata dall'Italia.
F-104S/ASA, ASA/M
Aggiornamenti italiani della versione S.
NF-104
Esemplari per sperimentazioni di volo ad alta velocità per l'USAF.
CF-104
Variante canadese.
CL-1200 Lancer
Progetto avanzato, derivato dall'F-104, mai realizzato.