二战后，美苏关系急剧冷却。当时苏联军事力量迅速发展，同时保密制度极为严格。美国情报机关把收集苏联情报作为首要任务。美空军认为，以喷气发动机为动力的高空光学摄影侦察机非常适合于用于侦察苏联目标。高空侦察机航程远、巡航高度大、载重较多，能够携带大量侦察设备深入苏联广阔的领空进行侦察。巡航高度大能令机上光学照相机覆盖更大的地表面积，更重要的是能躲开敌人导弹、战斗机的拦截。为此洛克希德公司著名的专责机密项目的鼬鼠工厂开始了高空侦察机的研制。
U-2是由美国洛克希德·马丁公司研制开发，首飞为1955年。美国空军和CIA用来侦察敌后方战略目标，如今仍可作为战术侦察机。几十年来曾征战全球，侦察过苏联、古巴、朝鲜、中国、越南等国家，但是也有15架在敌国的领空被击落。U-2是由美国洛克希德·马丁公司研制开发，绰号是“黑寡妇”“空中蛟龙”，属于高空间谍侦察机。首飞时间为1955年8月4日，共计生产55架，被美国空军和CIA用来侦察敌后方战略目标，是在冷战时代美国重要信息来源方式之一。
该机飞行高度为27000m，装载了侦察用特殊照相机，起初用于侦察苏联等社会主义阵营的弹道导弹配置状况。飞机原型是F-104，为了使其拥有超出常规的高度而拥有巨大机翼。但后来由于战斗机和地对空导弹的技术进步，使高空侦察具有很大危险。1960年5月，在苏联斯维尔德洛夫市上空首次击落1架U2，致使美国空军于1970停止了对苏联的使用。这个时候因为电子/光学传感器的进步，使侦察卫星可以从静止卫星轨道直接收集情报，实质上侦察机的作用已经弱化。
1954年4月，洛克希德公司向美国国防部提交第9732号报告，报告中提出以XF-104原型机的机身和尾翼，加上翼展为21.54米、展弦比为10的机翼，作为新型高空侦察机的主要机体设计。飞行高度22250米，足以躲开当时苏联各种高射炮、导弹和战斗机的拦截。任务半径为3200千米，有效载荷为270千克。发动机采用通用电气公司制造的J57(推力为4200千克)。 正在此时，美国国防部成立了一个秘密咨询委员会。该委员会集中了全美国著名的科学家和工程师，其中麻省理工学院院长为委员会主席。该委员会主要的目标是研讨最新国防技术。
秘密咨询委员会于1954年11月19日约见洛克希德公司代表，听取关于9732号报告的具体一间。不久，中央情报局局长威廉·杜勒斯(国务卿杜勒斯的弟弟)批准了这一报告，艾森豪威尔总统也表示支持研制新型高空侦察机。中央情报局为这一计划取名为“Project Aquatone”。1954年12月9日，中央情报局与洛克希德公司正式签定了20架新型侦察机的合同，并正式命名为U-2。最后订单增加为50架(不包括后来的U-2R)，研制经费从秘密预备资金中拨出，共计5400万美元。
U-2的1号机于1955年7月15日完成，由C-124飞机秘密运到“牧场”试飞基地，并于1955年7月29日首飞，8月4日正式试飞。1965年4月中央情局秘密招收的数名飞行员与2架U-2飞机被派遣到英国的莱肯希斯基地继续试飞。在这里，美中央情报局与英国国外情报部M16开始了U-2侦察飞行的合作。U-2在英国基地被编成为WRS(P)-1部队，即“第一临时气象观测部队”。队长是位空军校级军官，不少队员是中央情报局的要员和文职人员。他们内部戏称自己是第一特遣舰队。由于当时U-2还未公开，传媒对驻扎英国的这一部队做了许多猜测，立即引起世界各国的关注。1956年5月7日美国为掩人耳目，对外宣布U-2是收集科研数据的高空研究机。
U-2设计上采用了全金属悬臂中单翼，使用洛克希德专门翼型。细长的机翼在降落时会低垂而碰撞地面，为此翼尖装有滑橇。4块后缘襟翼占展长70％。翼下短舱与机身间两块，短舱与副翼间两块。副翼与最外侧襟翼间为油箱通气管整流罩。副翼上有调整片，手动操纵主操纵面，有配重。机翼前缘有手动可收放气流分离带，便于对准跑道。横滚/升降扰流片由液压操纵。机身为细长的圆截面全金属半硬壳薄规格蒙皮结构，长径比为10:1。后机身两侧有液压操纵阻力板。悬臂全金属结构尾翼为正常布局，平尾可由液压操纵绕前缘改变安装角。由于机身细长，采用了独特的双主轮自行车式起落架，主轮与尾轮均向前收入机身。
1956年6月19日U-2第一次进行了真格的侦察飞行。但是因为当天苏联西部地区天气恶劣，因此U-2没有侵入苏联领空，只对东德、波兰进行了空中侦察，第一次行动基本成功。U-2第一次侵入苏联领空是在当年7月4日美国独立日这天，U-2经过柏林、波兰北部，然后从左掠过塔尼、列宁格勒、波罗的海上空，最后回到西德空军基地的飞行，历时超过8小时。7月5日，U-2的行动进一步升级，对苏联的基辅、明斯克、莫斯科等地进行间谍侦察，也获得成功。
U-2飞机机体为了减轻重量，机身全金属薄蒙皮结构，机身十分细长，也导致了U-2具有明显缺点。在1969苏联红军使用地对空导弹攻击时，导弹在机体附近爆炸，爆炸产生的气浪导致飞机坠落，在坠落前机体已被严重破坏。飞行员穿有特殊的增压服，根据报道增压服为宇航员用服装，具有生命维持装置。飞行服酷似宇航服，穿一次要花很多时间。
在苏联方面，1960年6月1日苏联防空军使用SA-2导弹首次击落了U-2飞机，飞行员鲍尔斯被俘。飞行员的被俘使苏联掀起了巨大的反美舆论攻势，为此美国从此取消了U-2在苏联领空的侦察任务。在这次战斗中，苏联防空军还出动了米格-19和刚刚出厂的苏-9战斗机进行拦截，可悲的是导弹部队后来把一架米格-19误认为U-2，击落了这架自己人的飞机。U-2在数十年的发展中，衍生了多种改型。
U-2侦察机使用的航空燃料也必须重新研制。普通航空燃料不可能在20000米高空正常使用，新型燃料则是一种特殊的低挥发、低蒸发压力的柴油。由于是在高空中长时间飞行，所以加压服的研制也很重要。早期的MC·2和MC一3型局部加压服，飞行员穿上后会很不舒服，特别是手腕和脚踝处，那里是局部加压服的缝合处。飞行员穿上加压服后，吃饭、喝水也成了大问题。
第一代加压服没有考虑到飞行员如何“方便”，后来改为插入导尿管进行排尿，再后来改为用一种外置的水囊来排尿，这样飞行员才稍微舒服了些。为了减少消耗，飞行员往往在飞行任务的前一天吃少量富含高蛋白质的食物，避免在执行任务时内急。另外，无论在何种情况下，飞行员都只从他的头盔中获得氧气。U-2项目在加压服方面所取得的成果，对于后来美国的载人航天计划有着很好的借鉴作用。
由于飞越苏联领空的任务是极端危险的，所以美国中央情报局最初想雇佣一些外国飞行员来执行这些任务。这样即使是在敌方上空被击落了，美国也可以把责任推得一干二净。但找不到符合要求的外国飞行员，中情局不得在美国空军寻找飞行员。经过挑选定下的人与中情局签订为期2年的服务合同，从军队退役加入到U-2侦察机项目中。为了保密，这些人对外的身份是洛克希德公司的雇员。所有飞机、情报传感器和生命保障系统的维护工作聘请非军方技术代表完成，高空侦察目标的选择和任务计划则由中央情报局控制下的位于华盛顿的项目司令部下达。
由于U-2侦察机的飞行高度让人叹为观止，所以也被洛克希德的工程师们起了“天使”的昵称。在总体设计过程中，凯利·约翰逊遇到了难题，即如何在油箱容量和机体重量这两方面找到合适的平衡点。为了能够执行长距离的飞行任务，U-2不得不携带大量的航空燃料，但由此增加的重量却让它不能飞到规定的安全高度。
所以在U-2最初型号的设计中，约翰逊不得不对机体进行大规模的减重，一些一时半会还用不上的设备在设计中被去掉，一些设备的功能也被简化。如安装在U-2侦察机上的驾驶员座椅最初没有安装高度调节装置，如果由身材矮的飞行员驾驶飞机，就不得不在座椅上垫羊毛毯来增加高度。
50年里不同的U-2飞机
1月，美国国防部长拉姆斯菲尔德宣布U-2机队将于未来陆续退役。为了减少国防支出和重整空军架构，E-4B机队和部份B-52亦会退役。国防部长拉姆斯菲尔德表示这些变动不会影响空军的侦察任务，U-2的角色会由卫星和全球鹰无人侦察载具所取代。
但是国会已经要求延后U-2S的退役时间，因为至今仍然未有一种系统能完全取代U-2，全球鹰和无人技术（unmanned technology）在资源和技术上很明显都未能达到U-2的水平。
3 月，美国政府计划将32架的U-2s延役至，而奥巴马政府则试图执行一项九千一百万美金的预算案，以维持U-2s机队的服役。(Brook, Tom Vanden)
6月29日，美国一架U-2S侦察机在中国北方附近外海3万米的高度飞行，中国两架苏-27战斗机立即升空拦截，U-2S侦察机发觉后立刻返航。结果U-2S离开后，两架苏-27立即朝台湾海峡中线冲来，但未进入领空，两架中华民国空军的F-16紧急升空拦截，苏-27便调头返航。
