F-5 的发展可以追溯到 1954 年，当时诺斯罗普派出一个团队访问欧洲和亚洲，以了解北约和东南亚条约国家的防务需求。根据访问结果，公司决定自行投资研制一种轻型超音速战斗机，它相当廉价，易于维护，具有从短跑道和二级机场甚至轻型航母上起降的能力。
1955 年，设计代号 N-156 的轻型战斗机项目（武器系统 SS-420A）正式启动。在确定最终构型之前，N-156 提出了几个不同的版本。其中，N-156TX 采用翼下发动机吊舱和串列双座布局；N-156NN 则是海军型，气动布局类似格鲁门的 F9F，原本是为了美国海军护航航母和与之尺寸相近的英国皇家海军航母准备的。随着美国海军护航航母封存，N-156NN 方案就此夭折。诺斯罗普最终选定了 N-156F 方案。同时该方案还衍生出一个高级教练机方案，代号 N-156T。两个方案都采用后机身并列双发、机身两侧进气构型。
诺斯罗普向空军和海军提交了他们的设计方案。海军首先拒绝了诺斯罗普的建议——随着海军轻型航母的退役，他们已经不再需要这种小飞机了。空军最初也不欣赏诺斯罗普的两个方案，因为他们认为没有必要去采购轻型战斗机。但空军确实需要一种新的教练机来取代已经过时的洛克希德 T-33，于是诺斯罗普决定继续改进 N-156T 以满足空军的要求（1955 年空军通用装备需求 SS-240L）。1956 年 6 月，空军宣布将采购 N-156T 教练机，并赋予设计代号 T-38，绰号“禽爪”。诺斯罗普获得授权首先制造 3 架原型机。
1958 年初，N-156F 模型运交空军评估。空军对该机进行了深入研究，并认为，该机可以作为一种廉价战斗机提供给美国的盟国，以解决那些国家希望建立较现代化的空军、而又无力购买昂贵的美军现役截击机的困境。1958 年 2 月 25 日，空军与诺斯罗普签订合同，要求该公司制造 3 架 N-156F 原型机。这三架飞机被赋予美国空军序列号 59-4987～4989，此外还订购了一架静力试验机（59-4993）。
第一架 N-156F（59-4987）制造耗时 1 年。它采用了无加力的 YJ85-GE-1 涡喷发动机，最大推力 953㎏。该机于 1959 年 5 月 31 日出厂，然后运往爱德华兹空军基地。7 月 30 日，该机由试飞员卢·内森操纵进行了首次试飞。此时飞机尚未装上 2 门固定航炮。尽管发动机推力不足，该机仍然在首次试飞中突破了音障。
加力式 J85-GE-5 发动机（加力推力 1,746㎏）赶上了第二架原型机的进度，装备该发动机的 N-156F 2 号原型机（59-4988）很快加入试飞。但 2 号原型机的生产被暂时搁置，因为国防部尚未作出是否采购 N-156F 的决定。
1962 年 4 月 25 日，美国国防部宣布它已选中 N-156F 作为军援计划（MAP）的战斗机。美国的北约和东南亚条约盟国现在能够以低廉的价格采购一种具有世界水平的超音速战机。军援战斗机将采用美国空军的序列号，以方便记录。1962 年 8 月 19 日，N-156F 被正式赋予官方设计代号 F-5A，并赋予官方绰号“自由战士”。同时，F-5A 的双座教练型被赋予 F-5B 的代号，虽然看起来和 T-38 颇为相似，不过该机实际上保留了 F-5A 的全部作战能力。
1962 年 10 月，诺斯罗普获得第一笔价值 2,000 万美元的固定价格合同，用于生产 F-5A/B，其中单、双座的比例约为 9：1。
1965年，在越南战争中，由于重型战斗机维护起来很麻烦，美国空军一度考虑过采用相对简单便宜的F-5。为此，一批F-5A经过改进后进入越南进行实战测试。美国空军本打算把自己装备的单、双座F-5赋予F-5C/D的编号。但这项计划在测试结束后就取消了，F-5C/D没成为现实。
1968年，美国空军宣布了一项国际战斗机计划（IFA）作为F-5的后继者，要求其空战能力更强一些，主要对手就是米格-21。有8家公司参与了竞争，最后诺斯罗普公司用J85-GE-21发动机改装的F-5A-21获胜。经改进的飞机最后编号为F-5E，绰号“虎”Ⅱ。F-5E于1972年 8月11日首飞成功，1973年服役。F-5F是F-5E的双座教练型。
诺斯罗普公司共生产了1 871架F-5系列战斗机，加拿大、荷兰、西班牙、韩国、瑞士和台湾等国家或地区授权生产了776架。1987年，F-5E在美国停产，不过后又用多余的散件装配了一些，最后一批在1989年交付。
