Trong suốt nửa thế kỷ qua, nhiều phiên bản của F-16 đã được cải tiến để đáp ứng yêu cầu hiện đại.
Tuy nhiên, không phải tất cả các phiên bản đều được đưa vào sử dụng. Đáng chú ý là mẫu F-16XL của General Dynamics, sau khi thua cuộc thi Máy bay chiến đấu chiến thuật nâng cao của không quân Mỹ trước F-15E Strike Eagle, đã được chuyển giao cho NASA để phục vụ nghiên cứu.
Mỹ nhận thấy cần một loại máy bay nhỏ, nhẹ và có khả năng cơ động cao. Ban đầu, không quân Mỹ phản đối ý tưởng này vì lo ngại ảnh hưởng đến chương trình F-15 Eagle. Tuy nhiên, đến những năm 1970, F-16 Fighting Falcon đã được phát triển và đưa vào sử dụng.
Sau khi General Dynamics được trao hợp đồng phát triển F-16, nhiều phiên bản cải tiến đã ra đời, bao gồm F-16XL. Không quân Mỹ mong muốn tìm một mẫu máy bay thay thế cho F-111 Aardvark và mẫu F-16XL của General Dynamics đã cạnh tranh với F-15E Eagle. Mặc dù không giành chiến thắng, ý tưởng F-16XL vẫn không bị lãng quên.
Hai nguyên mẫu F-16XL, mang số hiệu #849 và #848, đã được NASA sử dụng trong các thí nghiệm tại Trung tâm nghiên cứu Langley.
Đặc biệt, năm 1995, chiếc F-16XL #849 tham gia một nghiên cứu về sóng xung kích siêu thanh khi bay phía sau chiếc SR-71 Blackbird của NASA. NASA đã nâng cấp các mẫu F-16XL bằng cách lắp thêm các hệ thống mới để cải thiện khả năng hoạt động.
F-16XL có thiết kế cánh hình mũi tên cong, giúp tạo lực nâng lớn hơn so với F-16 thông thường. Theo Alex Hollings từ Sandboxx: "Thiết kế cánh mới có góc 50 độ gần gốc cánh để cải thiện khả năng bay siêu thanh và góc 70 độ để dễ dàng xử lý khi bay dưới tốc độ âm thanh".
F-16XL nhẹ hơn khoảng 600 pound so với các phiên bản trước và có khả năng mang gấp đôi số vũ khí so với F-16A, cùng tầm bay xa hơn 50%.
Dù hiện nay các mẫu F-16XL chỉ được trưng bày tại Căn cứ Không quân Edwards và Bảo tàng Hàng không, nhưng chúng vẫn là niềm tự hào của những người yêu thích hàng không.
Năm 2023, máy bay chiến đấu F-16 Fighting Falcon gây chú ý, khi Nhà Trắng đồng ý cho Ukraine sử dụng chúng trong cuộc xung đột đang diễn ra.