En 1951, larmée de lair américaine émit un appel doffres pour un avion de chasse à long rayon daction capable daccompagner le bombardier intercontinental B-36. McDonnell remporta le marché avec une réponse basée sur son projet XF-88, développé à la fin des années 1940 mais nayant jamais abouti. Le futur F-101 était cependant plus grand et sa structure en partie modifiée par rapport au XF-88.
Le prototype XF-88
Le premier prototype fit son vol inaugural le 29 septembre 1954 et, peu de temps après, atteignit sa vitesse maximale de Mach 1,4. La construction en série avait été lancée immédiatement, de sorte quune trentaine davions avaient été livrés au premier semestre 1956. Les essais menés par lUSAF révélèrent cependant de nombreux problèmes de jeunesse et la production fut interrompue quelques mois, le temps dapporter plusieurs centaines de modifications aux avions déjà livrés. Finalement, les premiers F-101A furent livrés aux unités opérationnelles à partir de mai 1957. Ils étaient armés de 4 canons de 20 mm et éventuellement dune bombe atomique, mais ne pouvaient cependant pas emporter de bombes classiques. En effet, à la suite des revirements de lÉtat-Major américain, le F-101 était maintenant destiné à servir en tant que chasseur-bombardier, capable à la fois de missions air-air et de larguer la bombe atomique.
Le premier F-101A livré
Le F-101A nétant pas bien adapté à sa nouvelle mission dattaque à basse altitude, une version F-101C fut mise au point en 1957, avec une structure renforcée capable dencaisser 7,33G et quelques autres améliorations mineures. Elle ne fut cependant construite quà 47 exemplaires avant que lUSAF ne renonce finalement à utiliser le Voodoo pour lattaque. Le reste de la production fut transformé en autant de RF-101C, version non armée de reconnaissance qui restait cependant capable demporter une bombe atomique, et subit quelques améliorations du système photographique durant sa carrière.
Parallèlement, à la suite des retards rencontrés sur le programme du F-102 Delta Dagger, lUSAF commanda dès 1954 une version F-101B dinterception tout-temps, comme solution dattente. Il sagissait dun avion biplace (1 pilote et 1 opérateur de système darme), équipé de réacteurs J57 plus puissants avec des tuyères plus longues, dun avant modifié pour embarquer le système de tir, et armé de 4 missiles air-air en remplacement des canons. Le premier vol eut lieu le 27 mars 1957 et les livraisons commencèrent en janvier 1959. Cette version était accompagnée de la version F-101F destinée à lentraînement au système darme, mais qui conservait toute sa capacité de combat. Les F-101B subirent plusieurs modifications durant leur carrière, comme la possibilité de tirer le missile air-air à tête nucléaire AIR-2 Genie, lajout dun détecteur infrarouge et des améliorations du système de tir.
Les F-101A et C ainsi que leurs dérivés de reconnaissance restèrent en première ligne jusquau milieu des années 1960 et les derniers furent retirés des unités de réserve à la fin des années 1970. De leur côté, les F-101B commencèrent à être transférés à la Garde Nationale à la fin des années 1960 et furent définitivement réformés au début des années 1980.
