Самолет F-23 разработан компанией Northrop для участия в конкурсе по программе ATF (Advanced Tactical Fighter). Самолет ATF предназначался прежде всего для завоевания превосходства в воздухе. Он должен был проникать в воздушное пространство, хорошо защищенное средствами ПВО, и осуществлять поддержку воздушно-наземной операции, первым обнаруживая противника в воздухе и поражая воздушные цели с первого выстрела. Особые требования предъявлялись к малой заметности, повышенной маневренности, высокой эффективности в воздушном бою, вне визуального контакта с воздушным противником.

Разработчики YF-23 сделали упор на улучшение сверхзвуковых характеристик и уменьшение радиолокационной, инфракрасной и визуальной заметности самолета. На истребителе были применены малоотражающие внешние формы и радиопоглощающие материалы. Самолет имел в плане контуры, образованные прямыми линиями. Кромки всех створок и основных панелей обшивки имели зигзагообразную форму. Фюзеляж с внутренним отсеком вооружения имел шестигранное поперечное сечение. Плоские сопла двигателей были неповоротными, выхлопные газы для снижения тепловой заметности выводились на верхнюю поверхность планера.

В соответствии с последними достижениями аэродинамики YF-23 имел интегральную аэродинамическую схему с ромбовидным в плане среднерасположенным крылом со срезанными законцовками и V-образным оперением: вместо раздельного вертикального и горизонтального оперений самолет получил две цельноповоротные плоскости, установленные под углом 50° к вертикали, что также существенно снижало радиолокационную заметность.

Крыло имело отклоняемые носки, элероны и расщепляющиеся закрылки, которые выполняли также роль воздушных тормозов. Узкие наплывы от носа самолета к корневым частям крыла служили для генерирования вихрей при маневрировании на больших углах атаки. Кабина располагалась высоко и была значительно вынесена вперед относительно крыла, что в сочетании с изогнутыми бортами кабины и кромкой лобового стекла обеспечивало летчику прекрасный обзор.

На самолете была установлена цифровая ЭДСУ с волоконно-оптическими линиями передачи данных и с центральной ручкой управления в кабине летчика. В состав оборудования должен был входить радиолокатор с фазированными антенными решетками, распределенными по по кромкам фюзеляжа, крыла и оперения, обеспечивая круговой обзор. Однако основной упор был сделан на пассивные датчики, улавливающие излучение РЛС самолетов противника, а также на тактическую развединформацию, поступающую от спутников и самолетов AWACS. Летчик должен был лишь выбрать цель и осуществить по ней пуск ракеты с активным радиолокационным или пассивным инфракрасным наведением.

Самолет мог нести до восьми управляемых ракет класса "воздух-воздух" AIM-120 AMRAAM средней дальности и AIM-9 Sidewinder малой дальности во внутренних отсеках вооружения. Планировалась также установка встроенной шестиствольной пушки M61A1. На четырех внешних узлах подвески могло устанавливаться дополнительное вооружение или подвесные топливные баки.

Первый полет демонстрационного истребителя YF-23 со состоялся 27 августа 1990 года. Самолет получил неофициальное имя Black Widow II. Хотя YF-23 имел более высокую крейсерскую скорость и меньшую радиолокационную заметность, чем его конкурент Lockheed YF-22, победителем в конкурсе в апреле 1991 года был признан YF-22. Такое решение объяснялось более высокой маневренностью YF-22, а также ограничениями по углу атаки, накладываемыми V-образным оперением YF-23. Свою роль сыграла новизна и сложность проекта, доведение которого могло потребовать много времени и существенных финансовых затрат.