第二次世界大战后，西方与苏联，特别是美国与苏联之间的关系急剧冷却。当时，苏联对其在军事领域的迅速发展极为保密。对此美国政府非常紧张，把收集有关苏联军备情报当作重要任务，不借一切代价地谋取。如果仍用原始方式收集情报，对苏联这种幅员辽阔的国家几乎是不可能的。为此，在美国空军内部，有不少人提出以使用当时先进的喷气发动机作动力的超高高度侦察机来收集情报。

1954年4月，洛克希德公司提出的第9732号报告送到美国国防部，该报告方案提出的侦察机是由XF-104的机身和尾翼，加上一付翼展为21．54米、展弦比为10的机翼组成。发动机为通用电气公司制造的J57(推力为4200公斤)，飞行高度为22250米，作战半径为3200公里，任务载重为270公斤。

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，请麻省理工学院院长为委员会主席，其目的是商讨最新国防技术。

秘密咨询委员会于1954年11月19日，请洛克希德公司对他们的计划作详细说明。不久，中央情报局局长威廉.杜勒斯(国务卿杜勒斯的弟弟)接受了这个方案，艾森豪威尔总统也下了决心。中央情报局绝密的侦察机计划取名为“ProjectAquatone”，1954年12月9日，中央情报局与洛克希德公司首先签定了20架的合同，这就是U-2飞机。最后中央情报局定购了50架(不包括后来的U-2R)，研制经费从秘密预备资金中支出5400万美元。

U-2的l号机按期于1955年7月15日完成，用C-124飞机将它秘密运到“牧场”试飞基地，1955年7月29日进行了首次试飞，8月4日进行了正式试飞。1965年4月，中央情报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，这是美国中央情报局与英国国外情报部M16合作协商的结果。在英国基地编成WRS(P)-1部队即第一临时气象观测部队。之所以叫这个名字是为了伪装。队长是位空军校级军官，多数队员是中央情报局的要员和文职人员，他们内部把该队叫作第一特遣舰队。

然而因U-2这时还未公开，所以它的出现，立即引起世界各国议论纷纷，1956年5月7日，美国人宣布U-2是为了将来喷气式飞机的研制收集数据的高度研究机。这是美国政府的公开谎言，用以掩入耳目。

1956年6月19日，U-2实施了第一次侦察活动。这天因苏联西部地区天气恶劣，没有侵入苏联领空，只对东德、波兰进行了空中侦察，获取情报后返回，第一次间谍侦察飞行取得成功。最早侵入苏联领空是在7月4日美国独立日这天，U-2飞机进行了经过东柏林、波兰北部、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8小时以上。

7月5日，U-2又大胆地对苏联的基辅、明斯克、莫斯科等地进行间谍侦察，也获得成功。7月10日苏联驻美大使就美空军侵入苏联领空向美国政府提出严重抗议，对此，美国狡辩说“无论什么样的军用飞机都不能作那样的飞行”。但自此美国总统对这种间谍飞行变得谨慎了，规定每次飞行必须经他批准。如1960年5月1日对苏联的入侵和1962年10月27日对古巴的入侵。

从U-2开始间谍活动近4年的时间中，苏联的导弹、战斗机没有对它构成过威胁，但是因为从开始活动时起，就知道苏联用雷达不停地捕捉U-2，所以洛克希德公司开始针对雷达采取了一些对策。

在U-2飞机上的侦察工具中，起重大作用的是航空侦察照相机。它使用的是B型照相机，照相机透镜是由著名的莱卡公司研磨的(制造哈勃太空望远镜的公司)，是有解像能力1毫米左右的超高性能透镜。B型照相机放在狭小的舱内，制作得很轻便(包括胶片仅230公斤)。胶片是以柯达公司特别开发的极薄的聚脂树酯(强化聚脂薄膜的一种)为基础的高解像度胶片，照相机的大小为45．7×45．7厘米，2个胶片以立体摄影方式工作。