美国海军于1937年发出双发动机舰载战斗机的设计需求，其中要求这架飞机的最大速度需要超过每小时480公里，一共有4家公司提出他们的设计方案，格鲁曼公司的设计是采用两具艾利森公司V-1710液冷式发动机加上涡轮增压器。经过审核之后，海军认为没有一款设计预估性能足以满足需求。因此1938年初海军提出修改方案，设计规格放宽为可以采用一具液冷式发动机加上机械增压器，或者是两具气冷式发动机配合涡轮增压器。
这一次一共有5家公司提出他们的设计案，其中渥特公司（Vought）是采用一具普莱特·惠特尼公司的R-2800气冷式发动机作为动力来源，虽然这一款发动机并未包含在海军提出的需求里面，稍后海军还是发出合约给渥特公司进行研发，成为F4U战斗机。格鲁门公司提出的设计是采用两具普莱特·惠特尼公司R-1535气冷式发动机配合两速机械增压器。可是在设计初期格鲁门被迫改用莱特公司直径较大的R-1820发动机。由于直径较大的发动机会影响前方与下方的视野，这对在航空母舰上起降作业相当不便，使得美国海军很不愿意接受这项变更。
1940年4月第一架原型机展开试飞的工作，为了提供良好的飞行员视野，XF5F有一个非常短的机鼻，整个机身没有超过机翼的前缘，看起来像是没有机鼻的样子。即使如此，飞行员下方与侧方的视野仍然因为发动机的直径关系而很有限。
从试飞开始XF5F的问题就相当多，包括发动机润滑油冷却不足，阻力过高，起落架舱门的关闭有困难等等。到了1942年2月递交给海军时，XF5F的前景已经不被看好。1944年11月在一次起落架故障中损伤过重而让研发计划正式画上休止符。相关的研究资料日后协助格鲁门设计第一架双发动机舰载战斗机F7F。