В начале пятидесятых годов холодная война вступила в более напряженную стадию. Но если до этого американские самолеты еще могли относительно безнаказанно вести воздушную разведку у границ СССР, то в начале нового десятилетия советская ПВО стала намного активнее. В июле 1953 года был объявлен конкурс на создание самолета, способного вести фоторазведку с высоты 20000м, где он был бы недосягаем для советских перехватчиков. Предпочтение было отдано проекту Bell X-16 и высотному варианту разведчика RB-57D Canberra, но в это время не участвовавшая в конкурсе компания Lockheed предложила концептуально новый самолет CL-282, получивший позже обозначение U-2.

Работы над высотным разведчиком U-2 начались в 1954 году. Возглавил проект авиаконструктор Clarence "Kelly" Johnson, известный своими самолетами P-38, P-80 и F-104. Форма фюзеляжа была позаимствована от истребителя F-104, но самолет получил прямое крыло тонкого профиля и большого удлинения. Чтобы U-2 формально не считался военным самолетом, проект был передан в ведение ЦРУ, которое считается гражданской организацией.

Первые построенные самолеты снабжались специальным турбореактивным двигателем Pratt Whitney J-57С с очень мощными нагнетателями, позволяющими летать на больших высотах. Последующие модели имели двигатель Pratt Whitney J-75-Р-13, специально приспособленный для работы на особом сорте топлива, не закипающем на большой высоте при большом разрежении. Разведчик U-2 имел ярко выраженные планерные формы и обладал отличными качествами парителя. Благодаря этому самолет мог на отдельных участках маршрута выполнять полет с выключенным двигателем.

С точки зрения технических концепций самолет-разведчик U-2 оставил заметный след в истории мировой авиации. По конструкции - свободнонесущий среднеплан с опущенными законцовками крыльев, используемыми как лыжи при приземлении. Крыло цельнометаллической конструкции. Элероны занимают приблизительно 60% размаха. Фюзеляж - цельнометаллический монокок с несущей обшивкой. По бортам за крылом располагались тормозные воздушные щитки. Хвостовое оперение - свободнонесушее, цельнометаллическое. На некоторых машинах устанавливался подфюзеляжный киль. В контейнере задней части фюзеляжа устанавливался тормозной парашют. Ради снижения веса пришлось пожертвовать прочностью: конструкция была рассчитана на максимальную перегрузку 2,5g.

Самолет оборудовался тандемным шасси со вспомогательными стойками под крылом, которые отделялись при взлете. Вспомогательные стойки крепились к крылу втулками с тросами, которые держали механики бегущие рядом со стартующим самолетом. С возрастанием скорости механики выдергивали втулки и стойки отпадали. Сбрасываемые вручную стойки на концах крыла приводили к постоянным проблемам и в конце концов их отделение удалось сделать автоматическим. Посадка выполнялась на две стойки, а в конце пробега касался грунта концом крыла, которое выполняло функции дополнительной опоры. Все топливо размещалось в крыле.

При выполнении первых пробежек в июле 1955 года самолет уже на скорости 120км/ч оторвался от земли и пилоту стоило немалого труда вернуть его на землю. В сентябре 1955 года самолет поднялся на высоту 19500м, что свидетельствовало об успехе программы.

Первые разведывательные полеты U-2 начались в июне 1956 года. Благодаря большой высоте полета, самолет оказался практически недосягаемым для истребителей. Только за период с 1957 по 1960 годы самолеты U-2 выполнили 6048 разведывательных заданий, включая 2400 полетов на высоте более 18000 метров. Эти машины несколько лет совершали разведывательные полеты над территорией СССР и все попытки истребителей советской ПВО сбить нарушителя оставались безуспешными. Только 1 мая 1960 года удалось ракетой сбить самолет U-2, который пилотировал Francis Powers.

Полеты на U-2 были физически очень сложны для пилота. Обычный тренировочный полет продолжался около 9 часов по маршруту на высоте более 21000м при скорости порядка 700км/ч. На этой высоте разница между максимальной скоростью самолета и скоростью сваливания составляла всего 20км/ч, поэтому летчик должен был постоянно контролировать скорость самолета. С учетом предполетной подготовки летная смена пилота длилась до 12 часов. Полет выполнялся в высотном скафандре, при этом летчик дышал чистым кислородом. После такого полета пилот не допускался к полетам в течении двух суток для стабилизации нормального уровня азота в организме.

С посадкой тоже были намалые сложности. Самолет имел значительные ограничения при приземлении с боковым ветром и снижении со скольжением. Из-за длинного носа пилот фактически не видел приближающуюся полосу, и не мог определить расстояние до земли. Поэтому самолет на посадке сопровождал второй пилот на гоночном автомобиле, корректируя действия летчика по радио. Почти половина из первоначально построенных 48 самолетов U-2, входивших в авиапромышленный заказ 1956 года, за десять лет по разным причинам была потеряна. Три самолета разбились в катастрофах.

Оборудование различных машин, в зависимости от их предназначения, имело значительные отличия. Некоторые машины были приспособлены, с оборудованием специально установленным NАСА и Wright Air Development Center, для сбора данных в высших слоях атмосферы.

В 1963 году были начаты работы по палубному варианту самолета U-2G. Был выполнен ряд успешных взлетов и посадок на палубу авианосца Ranger, а в мае 1964 года самолет U-2G выполнил два разведывательных полета над французским ядерным полигоном на аттоле Муруроа в южной части Тихого океана. В 1969 году посадку на авианосец выполнил и вариант U-2R.

Самолет U-2R, совершивший первый полет в августе 1967 года, представляет собой практически новый проект. Внешне похожий на исходную модель, новый самолет получил значительно увеличенные размеры. Кроме того, самолет может нести контейнеры под крыльями для размещения дополнительного разведывательного оборудования. После установки на самолеты двигателей General Electric F-118-101 обозначение сменили на U-2S.

С 1978 по 1980 год самолет U-2R прошел значительную модернизацию электронного оборудования, включая систему обнаружения РЛС ASARS-2 SLAR с дальностью действия до 55км, аппаратуру РЭБ и коммуникационную систему TACAN. Этот вариант получил обозначение TR-1A Dragon Lady и предназначался для использования на европейском театре военных действий. Для базирования самолетов на британских аэродромах необходимо было переделать рулежные дорожки: радиус разворота самолета TR-1A составлял 65м. Из-за большого размаха крыла разведчик не помещался в стандартные ангары. Для взлета самолетам требовалась очень широкая полоса, иначе при касании полосы стойкой одной консоли существовала возможность схода самолета с полосы.

В 1991 году самолеты были возвращены в США, а с декабря 1992 года ВВС США отказались от использования названия TR-1A и все самолеты этой модификации обозначили как U-2R. Всего было построено около сотни самолетов U-2 всех модификаций.

• U-2A - первый серийный вариант с двигателем J57-P-37A
• U-2B - двухместная модификация с двигателем J57-P-31, усовершенствованный серийный вариант с усиленным планером и увеличенным запасом топлива.
• U-2C - вариант с двигателем J75-P-13 и доработанными воздухозаборниками, увеличенным запасом топлива и дополнительным оборудованием для электронной разведки
• U-2D - двухместный учебный вариант самолета U-2С
• U-2CT - тренировочный вариант U-2С со ступенчатым расположением двух раздельных кабин пилотов
• U-2G - палубный вариант с усиленным шасси и посадочным крюком
• U-2E - вариант с двигателем J57 и возможностью дозаправки в воздухе
• U-2F - вариант с двигателем J75 и возможностью дозаправки в воздухе
• U-2R - новый самолет увеличенного размера и новым составом разведывательного оборудования
• U-2S - модификация U-2R c турбовентиляторным двигателем General Electric F-118-101
• TR-1 Dragon Lady - вариант на базе U-2R, предназначавшийся для действий на европейском театре
• TR-1B (TU-2S) - двухместный учебно-тренировочный самолет с кабинами пилотов на одном уровне
• ER-2 (Earth Resource) - модификация для высотных исследований в интересах NASA. В апреле 1998 года этот самолет установил рекорд высоты 20,479м в горизонтальном полете.

Останки сбитого в СССР разведчика U-2 были отправлены в ОКБ Бериева, которому была поставлена задача о воспроизведении самолета. Советский аналог получил обозначение С-13. Главной целью этой работы стало всестороннее изучение конструктивных, технологических и эксплуатационных особенностей самолета U-2, а также освоение элементов конструкции, материалов и оборудования для применения в отечественном самолетостроении.

К апрелю 1961 года был готов металлический макет фюзеляжа, укомплектованный макетным оборудованием, но в мае 1962 года все работы по этой теме были прекращены.