早在45年前就已经首飞的F-16战斗机至今仍在广泛服役中，自1978年以来投入服役的4588架F-16中有3000架目前仍在服役，装备25个国家和地区的空军，相当于全球战斗机总数的约15％。F-16已成为世界上最受欢迎使用最广泛的战斗机，生产线遍布美国、比利时、荷兰、韩国和土耳其。
F-16沃斯堡生产线
F-16的确在一些方面已经疲态尽显，尤其是传感器，但该机的机动性和敏捷性仍极具竞争力，轻载F-16在视距内空战中仍极具威胁。出色的基本设计使F-16很适合现代化升级，所以到目前为止已出现多种F-16的现代化改进型和派生型。
1984年通用动力公司提出将F-16“敏捷隼”方案作为先进战术战斗机（ATF）项目的低成本替代品。“敏捷隼”机翼面积增加了25％，升级发动机并纳入一些F-16基本型的改进。尽管“敏捷隼”最终输给了F-22，但它的某些特点被引入F-16C/D Block 40的生产，并极大影响了日本三菱F-2支援战斗机的发展。
“敏捷隼”
大致同一时间，通用动力为增强型战术战斗机（ETF）项目研制了大规模重新设计的箭形三角翼F-16XL，结果该机在1984年2月输给了F-15E“攻击鹰”。1993年通用动力手又提出了类似概念的F-16X“隼2000”，翼形从箭形三角翼变为类似F-22的蝶形，以F-16U的名义向阿联酋推销。
F-16XL
F-16U
很明显，上述先进改型的重大重新设计根本不具备成本效益，因此随后洛马将注意力转到对F-16进行保守升级上，保留F-16C/D的基本结构，通过升级新传感器和系统来提升战斗力。
这方面的首次尝试是F-16ES（战略增强型），该机是F-16C/D的增程型号，配备有在低空导航和夜间红外瞄准（LANTIRN“蓝盾”）吊舱系统上发展的内置低阻光电瞄准系统，此外还配备了保形油箱（CFT），航程标准的F-16C Block 50提高40％。
F-16ES验证机
F-16ES于1993年末被作为F-15I的替代品被推销给以色列，该机最终导致为阿联酋研制的F-16E/F Block 60的问世。
沙漠隼
凭借液冷AN/APG-80有源相控阵雷达、全新电子战系统、推力更大的通用电气F110-GE-132发动机、内置式前视红外（FLIR）和性能大幅提升的计算机，当Block 60“沙漠隼”在2005开始服役时，无疑是最先进最具战斗力的F-16。有些人坚持认为直到今天，该机仍能保留这个头衔。
F-16E
值得注意的是，尽管非常先进，但阿联酋仍是Block 60的唯一客户。部分原因是美国担心Block 60会影响新型F-35联合打击战斗机的销售，另外部分原因是美国出口法规的改变导致F-16E/F上的许多敏感系统无法出口。
AN/APG-80雷达
这就导致洛马（1993年收购了通用动力的飞机部门）向新加坡推销Block 60、向印度推销基于Block 60的F-16IN以及向巴西推销所谓的F-16BR“超级蝰蛇”（Super Viper）Block 62+时屡屡碰壁。F-16IN于2009年在印度航展公布，参加了印度的中型多用途战斗机（MMRCA）竞标。该机被称为F-16IN“超级蝰蛇”Block 70/72，但这与今天的F-16V Block 70没有任何相似之处。
初代F-16IN，从某种程度上说比现在的F-16IN更先进
甚至连阿联酋在2014年提出要求再买30架略微改进的F-16E/F Block 61时，也被美国政府否决，这基本断绝了“沙漠隼”的外销之路。
美国空军铁了心打造全隐身战斗机机队的计划也打消了洛马向其推销Block 60的念头，事实上通用动力在2005年3月就交付完毕了美国空军2231架F-16中最后一批Block 52。
升级和延寿
但F-35项目的不断延误使该机无法按最初时间表来直接替换F-16，这迫使美国空军启动了一个项目，以维持300-400架F-16的超期服役，等待数量缓慢增长的F-35。
美国空军计划同时实施两项升级，一项是F-16结构延寿（SLEP）升级，另一项是作战航电项目扩展组件（CAPES）升级，以同时延寿和升级航电的方式来使F-16在继续服役的同时提高生存能力和作战能力。
接受升级的飞机从美国空军现役、空军国民警卫队和空军后备中队的大约640架Block 40/42、50/52批次F-16C/D中选出。按照计划，升级后的F-16会一直服役到2048年之后。
SLEP升级旨在将F-16的机身寿命从目前的8000小时延长至12000小时，从而为每架飞机增加8-10年的额外服役寿命。这项升级正在实施中，某些F-16会在延寿中更换机翼或更换机翼上部蒙皮和相关配件，此外机身许多外部蒙皮以及一些结构也会被更换。
正在进行结构翻新的F-16机翼
CAPES升级包括换装新型有源相控阵雷达、Terma AN/ALQ-213电子战系统、综合广播系统（IBS）、座舱中央显示单元（CDU）以及新的支援性飞行程序软件。IBS承能使F-16飞行员获得更深层次的数据融合，将来自飞机自身传感器和来自数据链的外部信息进行关联，并显示在一个统一的显示器上，也就是高分辨率的CDU显示器，该显示器还可显示合成孔径雷达地图和瞄准吊舱视频。自动化的AN/ALQ-213电子战系统可大幅降低飞行员的工作量，并具有大大改进的人机界面。
CAPES升级带来的全新座舱
相控阵雷达
CAPES升级的核心是新型有源相控阵雷达，与F-16现有机械扫描雷达相比性能显著提高，特别是在跟踪精度方面，这会提高远程导弹的效能和杀伤率。从长远看，这种相控阵雷达还具有巨大升级潜力，可作为数据链使用并具有电子攻击能力。由于相控阵雷达没有活动部件，因此整体可靠性将显著提高，事实上即使多达20％的发射器/接收器元件损坏也不会显著影响雷达的性能。生产型雷达的寿命能与飞机同寿甚至达到后者的两倍，期间无需大修。
F-16雷达改装套件在设计上无需对飞机进行A级结构或布线改动，雷达有自己的液体冷却热交换器，并能沿用现有F-16的雷达罩和机鼻空间。
诺斯罗普·格鲁曼公司为F-16研制了AN/APG-68机械扫描雷达，并为Block 60研制了AN/APG-80相控阵雷达。该公司为CAPES升级提供的是AN/APG-83有源相控阵雷达，该雷达也被称为可变敏捷波束雷达（SABR），派生自F-35的AN/APG-81雷达，可简单替换F-16现有雷达。
AN/APG-83
诺格公司在F-16雷达上的统治地位遭到雷神公司的挑战，雷神公司提出了“超级大黄蜂”战斗机AN/APG-79有源相控雷达的缩小版AN/APG-84，该雷达最初被称为雷神下一代雷达，后更名为雷神先进作战雷达（RACR）。RACR使用了AN/APG-79和F-15E“打击鹰”AN/APG-82雷达的架构和许多技术。
AN/APG-84
CAPES升级在2014年因成本原因被取消，此时洛马公司已经为升级选择了诺格SABR雷达。
同时在2015年3月，美国空军生命周期管理中心（AFLCMC）向承包商发布了信息征求书，要求为部分F-16C/D替换APG-68雷达进行研发，尤其是国警队执行航天控制预警任务的飞机。来自爱德华兹空军基地的一架F-16D被用作F-16雷达现代化项目（RMP）试验台，测试了SABR和RACR雷达。
2017年6月，美国空军选择AN/APG-83雷达来升级国警队的72架F-16，以满足美国北方司令部在国土防空上的联合紧急行动需求。最终，美国空军希望用AN/APG-83雷达来升级372架F-16。
F-16V出世
洛马公司出于商业目的在2012年的新加坡航展正式将这种升级构型的F-16称为F-16V（V代表“蝰蛇”，也就是F-16的非正式绰号），根据不同的发动机选择，该机的批次被正式定义为Block 70或72，中国台湾称为该机型的启动客户。2015年10月16日，第一架F-16V原型机安装着SABR雷达和F100-PW-229发动机首飞。
F-16V可以是全新制造的飞机也可以是升级套件，至今该机已经获得多个国家和地区的升级套件或全新飞机的采购，并且是印度的F-16IN彻底改头换面。
尽管承诺可在印度生产，但基于Block 60的F-16IN还是在印度MMRCA竞争中输给了法国“阵风”。在印度“阵风”订单从126架飞机被大幅削减到只剩36架之后，洛马公司又看到了希望，开始向该国推销Block 70来以取代印度空军老化的米格-21和米格-27。
如果获胜，洛马公司将与塔塔先进系统有限公司联合在印度制造该机，并允许印度出口其生产线制造的F-16。2019年2月，洛马又在印度航展上推出了印度特供F-21战斗机概念，该机是进一步增强的F-16V Block 70/72，座舱具有一个大尺寸显示器，配备三联AIM-120中距弹发射滑轨保形油箱，后者集成有可伸缩式加油探头。
F-21
在YF-16首飞45年后，F-16V被证明仍然是目前中型战斗机市场上的一款强力产品，在竞争中抢下不少市场份额，证明了该机当初设计的前瞻性。
YF-16首飞