第二次世界大战结束后，美苏之间的冷战正式拉开序幕。美国和苏联都清楚，一旦发生冲突，可能会引发一场规模堪比第三次世界大战的大战。为了避免不必要的摩擦，同时了解对方的意图，两国都在寻找能够窥探对方秘密的方法。美国空军意识到，要想更新对苏联境内乌拉尔山脉以东地区的侦察资料，必须拥有一种新的高空侦察机。然而，直接派遣飞机进入敌方领空进行侦察，无疑将面临巨大的风险。
美国空军曾寄希望于U-2高空侦察机，这种飞机能在21,300米的高空飞行，超出了当时苏联雷达的探测范围。然而，1960年5月1日，弗朗西斯·加里·鲍尔斯驾驶的U-2飞机在苏联领空被击落，这一事件标志着冷战进入了一个新的阶段。
在U-2飞机被击落之前，美国已经开始研发一种新型侦察机，以弥补U-2的不足。1958年，洛克希德公司的凯利·约翰逊领导的团队开始了“大天使”计划，旨在开发U-2的后继机型。这个项目最终被命名为“牛车”计划，其设计方案被称为A-11。在与康维尔公司的“金枪鱼”竞争中，洛克希德公司改进了设计，采用了V形尾翼和非金属材料，最终推出了A-12。1960年1月26日，中央情报局决定采用洛克希德的设计方案，订购了12架A-12飞机。
A-12的首飞于1962年4月25日在内华达州的“51区”进行，共生产了13架不同型号的飞机。其中，3架被指定为YF-12，是拦截机型号；2架是为无人驾驶飞机操作而设计的无人机控制机。M-21是这些无人机控制机的代号，它设计用于携带高速侦察无人机D-21。然而，由于在试飞中发生了D-21与母机M-21相撞的事故，M-21项目在1966年被取消。
尽管A-12项目在1966年12月28日被正式取消，但已经完成的A-12飞机在越南战争和朝鲜境内执行了侦察任务，直到1968年全部退役。
美国空军对A-12的衍生型号产生了兴趣。洛克希德公司对A-12进行了改进，增加了机身尺寸，增加了一个座位，并对机身的一些设计进行了修改。此外，还安装了信号情报传感器、侧视雷达和高分辨率摄影相机等侦察设备。与中央情报局使用的A-12相比，A-12更擅长在高空高速飞行，且由于只有一个座位，因此有更多的空间来安装大型高性能相机，从而在图像收集方面更加专业化。
在1964年美国总统选举期间，共和党候选人、亚利桑那州参议员巴里·戈德华特指责约翰逊政府在先进武器开发方面远远落后于苏联。为了反驳这一指控，约翰逊总统考虑公开YF-12A拦截机作为反击的王牌。这不仅可以证明美国的技术水平不逊于苏联，还可以迷惑敌人，让他们对仍在秘密开发的A-12产生误判。在正式公布之前，需要给这种飞机一个正式的编号。当时的空军参谋长柯蒂斯·勒梅将军更喜欢“SR”而不是之前用于战略侦察机如XB-70“瓦尔基里”的“RS”。在约翰逊总统发表公开演讲之前，勒梅将军通过游说修改了总统的演讲稿，将“RS-71”改为“SR-71”。由于在演讲前的新闻资料中，飞机被标记为RS-71，因此有传言称总统错误地读出了飞机的编号。
SR-71“黑鸟”是迄今为止最快的有人驾驶飞机，正式记录的最高速度为3.3马赫，非正式记录则达到了3.5马赫。它是为了避开敌方的防空系统和拦截机而设计的，自1976年以来一直保持着世界上最快的吸气式有人驾驶飞机的记录。
与A-12相比，SR-71在雷达截面积上略有增加，但能够飞得更高。它拥有一个完全不同的情报收集系统。SR-71配备了侧视雷达，可以映射下方的地形和地物，还安装了高性能相机，可以从任何方向拍摄照片。然而，与A-12的单座设计不同，SR-71是双座的，因此没有足够的空间安装高分辨率摄影设备，因此其相机的分辨率略低于A-12。这些雷达设备、摄影设备和导航设备由后座的侦察系统官员管理。
SR-71能够在25,900米的高度以3马赫的速度飞行，其独特的外观和颜色表明了其在雷达截面积上进行了最小化设计，这是早期隐身技术的体现。SR-71的正式最高速度记录为3.5马赫，这一记录是在利比亚上空为了躲避地对空导弹而以最高速度飞行时创下的。
SR-71使用两台V8启动发动机来点燃主要的J-58发动机。J-58在达到音速时会进入部分冲压模式，能够在超音速状态下运行。J-58使用JP-8作为燃料，这种燃料即使在点燃后也不易爆炸，但一旦点燃就会释放出巨大的热量。这使得SR-71不仅在高速飞行时稳定，而且燃油效率更高。
问题是，长时间超音速飞行会导致由于空气摩擦而使外部温度升高到260摄氏度以上，导致外部材料损坏或脱落，增加了维护的需要。SR-71的85%的外壳由钛制成，以承受超音速飞行时产生的大量摩擦热。为了减少接缝，SR-71使用了特殊工具将外壳连接在一起。发动机进气口也设计得能够在超音速穿透时减少音速冲击波的影响。安装在发动机进气口前方的“尖刺”确保了即使在超音速飞行时，周围的气流也不会对飞机产生不利影响。座舱盖是用纯石英制成的，座舱内部安装了大功率空调来冷却热量。
SR-71通常在任务结束后会因为巨大的热量而过热，因此着陆后，飞行员和地面人员都需要等待飞机冷却一段时间后才能接近或工作。起落架也经过特殊设计，以承受超音速飞行后以每小时310公里的速度着陆时的冲击。由固特异公司制造的特殊轮胎内部充满了氮气，每20次起降后就需要更换。
SR-71在着陆后使用减速伞来减速。SR-71的驾驶舱即使在8,000米的高度飞行也能保持一定的压力，而飞行员则穿着类似宇航服的飞行服。由于SR-71通常需要在24,000米的高度飞行，因此需要比普通飞机更多的氧气供应，飞行员穿着特制的压力服。这些压力服即使在以3.2马赫的速度飞行时也能承受230度的外部温度，并提供足够的氧气。
通常，SR-71的飞行员需要执行长时间的飞行任务，因此他们需要补充水分和简单的食物。飞行员可以通过打开头盔上的盖子，通过一根长吸管来喝水，而简单的食物则装在类似牙膏管的容器里，飞行员可以直接食用。
正如前面提到的，SR-71是第一款采用隐身设计元素的飞机，但其雷达截面积仍然只有约10平方米，与SR-71的实际尺寸和长度相比仍然很小。然而，苏联在SR-71出现后不久就开发出了能够探测到这种雷达截面积大小的技术。
SR-71的雷达截面积之所以无法降低到现代隐身飞机的水平，最主要的原因是发动机产生的巨大热量，这使得飞机后方的氧气分子变得混乱，从而被雷达探测到。SR-71装备了雷达干扰器和其他电子战设备，可以干扰敌方导弹，还安装了惯性导航系统，可以根据星星的位置来计算飞机的位置。
由于任务的特殊性，SR-71需要进行空中加油，但由于其速度和独特的外形，需要一种特殊的加油机来进行空中加油。因此，专门为SR-71设计的KC-135Q加油机被制造出来。KC-135Q通常在SR-71专用的油箱中携带JP-8燃料，并使用特制的管道进行加油。
据非官方统计，SR-71在越南战争期间曾被800多枚地对空导弹追踪，但没有一枚能够击中SR-71。唯一接近击落的案例是中央情报局运营的A-12附近，一枚追踪导弹爆炸，但飞机在着陆后仅在机身附近发现了导弹碎片。SR-71在30年的时间里执行了3,551次任务，飞越了中东、北非、欧洲和亚洲的上空。共有11架飞机因事故坠毁，但没有一架是被敌方火力或导弹击落的。
