F-106 dukket opp etter USAFs «ultimate avskjæringsjager-program» midt på 1950-tallet. F-102 Delta Dagger var egentlig tiltenkt denne rollen, men dets vanskelige utvikling gjorde at bare tjenestegjorde som en midlertidig flytype inntil det endelige designet av den nye modellen . Det amerikanske luftforsvaret bestilte 1 000 F-102B i november 1955. Den nye modellen viste seg å være et totalt nytt design og fikk derfor 17. juni 1956 den nye benevnelsen . De første testflyvningene som begynte på slutten av 1956 og begynnelsen av 1957 var en skuffelse, med ytelse langt under forventet. USAF var nære å ta en avgjørelse om å avslutte programmet, men la likevel inn en ordre på 350 F-106, mot de tiltenkte 1 000. Etter noen små justeringer i designet ble og (toseters treningsversjon) levert til 15 jagerflyskvadroner fra oktober 1959.