С началом Второй мировой войны важность стратегической воздушной разведки стала очевидной для всех воюющих стран. Воздушные разведчики следили за перемещением войск, строительством и восстановлением заводов, оборонительных сооружений, аэродромов, отыскивали в океане вражеские корабельные соединения. Слежение за важнейшими железнодорожными магистралями и автострадами позволяло своевременно выявлять подготовку противника к наступлению.

Командование союзников нуждалось главным образом в дальних разведчиках. Так как специализированных самолетов-разведчиков не было, то для этих целей переоборудовали тяжелые четырехмоторные бомбардировщики B-17 и B-24. Обладавшие большой дальностью полета, но тихоходные машины становились легкой добычей истребителей противника. Не спасало ни мощное стрелковое вооружение, ни большая высота полета. ВВС срочно требовались дальние скоростные самолеты-разведчики, и для этой цели решили переоборудовать P-38E.

Доработки потребовались небольшие. С серийных истребителей сняли стрелковое вооружение, а в носовой части установили два аэрофотоаппарата. Самолет получил официальное обозначение F-4-1-LO. Серийное производство этих разведчиков развернулось в 1942 году. Большая часть самолетов выпускалась невооруженной, но на нескольких машинах оставили пару верхних 12,7-мм пулеметов. Позже разведчики получили подвесные топливные баки, что позволило существенно увеличить их радиус действия.

Следующий вариант фоторазведчика F-4A был разработан на основе истребителя P-38F. От предыдущей версии он отличался измененной фотоустановкой: к двум плановым аппаратам К-17 добавили еще два перспективных, в связи с чем в бортах центральной гондолы появились два небольших прямоугольных иллюминатора. К концу 1942 года дополнительные фотокамеры установили на все разведчики F-4.

Разведчики, построенные на базе варианта P-38G, получили обозначение F-5. В августе 1942 года была выпущена первая партия разведчиков F-5A. На модификацию F-5B устанавливался автопилот. Вариантов фотооборудования было несколько. Вооружение на самолеты не устанавливалось.

Самолеты F-5C отличались от своих предшественников только тем, что они переоборудовались из истребителей серии Р-38Н. Основой для модификации F-5E стал самолет P-38J. Под центральной гондолой машины этого типа имели кольцевую антенну радиокомпаса. Ранние варианты разведчика оборудовались антеннами, заключенными в каплеобразный обтекатель, который монтировали либо над фонарем кабины пилота, либо под носовой секцией центральной гондолы.

Последним вариантом фоторазведчика, созданным уже в 1945 году, был F-5G. Носовая часть центральной гондолы радикально изменилась по форме и вмещала два перспективных, два плановых фотоаппарата и одну камеру, направленную вперед вниз и предназначенную для фотографирования в пикировании. Общее количество разведчиков F-4 и F-5 превышает 1400 экземпляров.