为了让飞机能飞得更远、装载得更多，设计者和飞机工厂从上个世纪 30 年代就开始利用铝合金来制造飞机。相比其他金属而言，铝更硬、更轻、更廉价，也更富有延展性。然而铝和其他金属一样，在长时间受力后会出现疲劳现象，失去弹性并断裂。除了金属疲劳和腐蚀之外，冶金工业的发展、航电和电子计算机技术的突破使得再先进的飞机也难逃最终被淘汰的命运。当 70 年代出厂的 A-4 天鹰和 F-4E 鬼怪Ⅱ即将到达其 30 年使用寿命时，以色列空军开始寻找它们的继任者。
F-4E 68-0396 是麦道公司交付以色列的首批 4 架 F-4E 中的一架，全身被刷上以色列的沙漠迷彩
1994 年，波音 F-15E 击败洛克希德•马丁的 F-16，替换了以色列“锤子”中队 的F-4E 鬼怪Ⅱ。当时洛•马的保形油箱方案还处于纸面阶段，以色列空军对其犹疑未决。还在 F-15I 交付阶段，波音和洛•马又开始为以色列的新一轮战机购买计划而竞争。此时保形油箱已试制成功，洛•马宣称其能够使 F-16 的最大航程延伸至 1,480 公里（内油），仅比 F-15I 的最大航程少 40 公里。鉴于使用单发动机的 F-16 维护费用更低，零配件、后勤系统与已有的 F-16 通用，而且价格只有 F-15I 的 60%，F-16 无争议地赢得了合同。1999 年 7 月 19 日，以色列总理埃胡德•巴拉克宣布决定购买 50 架 F-16 Block52，合同价值 25 亿美元。合同附加了补偿贸易的条件，以色列国内企业得到占总价 25% 的生产额度。
1997 年 11 月 6 日下线仪式上的 F-15I，前机身两侧的机徽还没有贴上
2001 年 9 月 5 日，以、美两国政府达成关于“和平大理石 V”计划的协议。计划包括 50 架飞机，以及用 20 亿美元再购买 52 架的选择权，这些飞机将在 2003-2008 年交付。所有飞机为双座型 F-16D，发动机选用推力 29,000 磅的普惠 F100-PW-229，该发动机也用于 F-15I；雷达为诺斯罗普•格鲁曼的 APG-68（V9），这是以色列 F-16C/D Block30 和 Block40 上装备的 APG-68（V7/8）的改进型。F-16I 还加强了起落架强度，可以承受 23.6 吨的冲击力，超过了当时其他型号的 F-16。诺•格的 APG-68（V9）雷达探测距离提升 30%，降低了误报率，提高了抗干扰性，可同时追踪 4 个目标。在对地攻击模式下，利用合成孔径雷达可获得分辨率高达 2 英尺的地图，为联合制导攻击武器（JDAM）等提供 GPS 导航，能够在夜间、多云以及多雾环境下进行精确投弹。雷达采用“商业现货供应体系”（COTS），相比上一代 AGP-68 雷达，处理速度 快5 倍，内存容量大 10 倍；使用成熟的零部件，可靠性提高 50%，平均故障间隔时间（MTBF）为 400 小时。雷达天线装有全新的惯性测量组件，提高了跟踪精度，同时减轻了飞行员的负担。此外，APG-68（V9）雷达与新一代 AN/APG-80（Agile Beam Radar）波束捷变雷达有一定的通用性，这种雷达采用有源相控阵技术（AESA），装备于阿联酋购买的 F-16E/F Block60。APG-68（V7/8）雷达的安装、训练、后勤和操作知识都可以用在 APG-68（V9）和 AN/APG-80 上面。以色列 F-16 还具备发射超视距（BVR）AIM-120 导弹的能力，该导弹通过机载雷达截获目标，发射后可凭借自身雷达追踪目标。F-16I 座舱前还安装了 4 片刀状天线，可进行敌我识别（IFF），防止误伤。
诺格 APG-68(V)9 雷达
AN/APX-113 先进电子询问/应答 IFF 系统的机鼻天线
F-16I 延续了以色列空军使用双座 F-16D 进行“野鼬鼠”和精切打击任务的传统
另一项采用“商业现货供应体系”的是洛•马的 AN/AAQ-13 蓝盾导航吊舱。该吊舱安装在进气口左侧，能够保障夜间和复杂天气环境的超低空飞行，飞行员无须手动控制。F-16I 的座舱也有改进，采用了彩色多功能显示器、移动地图显示器（moving map display）、数码摄影机以及适用于夜视镜的舱内照明。
AAQ-13 导航吊舱结构图
以色列 F-16I 不同与 F-16D Block52 以及其他型号 F-16 的一大特点是它的本地化程度。以色列国内企业如以色列飞机工业公司（IAI）、以色列军事工业公司（IMI）、埃尔比特系统公司（Elbit System）、El- Op 光电工业、旋风航空（Cyclone）、BVR 系统公司、拉达电子工业公司（RADA）、拉斐尔公司、Astronautics 公司和 RSL 电子公司等都参与了 F-16I 的生产。
埃尔比特系统公司为 F-16I 提供了第四代 DashⅣ 头盔瞄准具，使飞行员和武器系统官（WSO）能够在视野内控制传感器和导弹导引头、获取目标信息、得到威胁警告，从而提高战场感知力。埃尔比特的 DashⅣ 头盔瞄准具技术也被美国 F-18E/F、F-22 和 F-35 所采用。埃尔比特还提供了导弹计算机和数据处理器，能够为彩色多功能显示器提供数据。
以色列 F-15I WSO 佩戴的 Dash 头盔瞄准具
拉斐尔公司提供了加密高频、甚高频和超高频无线电通讯设备，还为洛•马的吊舱、埃尔塔（Elta）的卫星通讯天线和激光陀螺惯性导航仪提供了导航组件。F-16I 进气口右侧还安装有拉斐尔的莱特宁Ⅱ（Litening）吊舱，能帮助飞行员和武器系统官在夜间观测地面情况。该吊舱还能同时发射和接收激光光束，为其他 F-16I、甚至是 AH-64D 直升机等投射的激光炸弹和导弹提供制导。