F-104G的设计初衷是作为一种高性能的全天候多用途战斗轰炸机，这和当初F-104A的昼间点防御战斗机已经完全不同了。该机换装了J79-GE-11A引擎，加强了机体结构，且加装及换装了大量先进的电子设备，包括自动驾驶仪、武器投射电脑、红外线搜索器、新型无线电系统和敌我识别系统，以及F15A-41B多功能火控雷达，使得该机具备了超低空高速飞行能力、精确导航和武器投射能力以及全天候作战能力。弹射座椅比利时空军及中华民国仍是用C-2，其余皆更换为马丁·贝克的MK.GQ7(F)。1973年，F-104G停产，共