F-16XL 采用了曲线箭形翼，广泛使用碳纤维复合材料来降低重量（上下表面蒙皮），减重 272 千克。机翼为多梁设计，机翼前缘的后掠角从 50 度~70 度变化，比标准型 F-16 的机翼重 1,179 千克。该机增加的内部容积（通过加长机身和加大机翼）使内油增加了 82%，并且增加的翼面积使 F-16XL 的硬点增加到了 27 个。虽然该机加长了机身，但“XL”并不是指“Xtra Length”的意思。
“XL”这个名字与 F-16 的设计师哈里•希拉克有关。他是一个狂热的高尔夫爱好者，一天他和一位朋友在打高尔夫球，提到该为新的 SCAMP 计划取个编号。哈里希望这个编号能体现出新机比标准型 F-16 飞的更远更持久的特点，他低头看到自己的高尔夫球的商标是“Top Flite XL”，觉得不错，所以为 SCAMP 选择了“F-16XL”这个编号。
通过改进机翼外形，优化机翼曲面，最终设计的超音速升阻比比标准型 F-16 提高了 25%，亚音速升阻比提高了 11%。据试飞员报告，F-16XL 的操纵特性与标准型 F-16 大为不同，在低空高速时飞的更加平顺。该构型已经成熟到可以发展成一种具有大型机翼的，可以低阻挂载大量武器的战斗机。
第一架 F-16XL（75-0749，改装自第 5 架 FSD F-16A）是单座型，安装了 F100-PW-201 发动机。该机于 1982 年 7 月 3 日首飞，试飞员是詹姆斯•麦金尼。第二架 F-16XL 由在降落事故中受损（前起落架损坏）的第三架 FSD F-16A（75-0747）改装而来。在 1980 年的爱德华兹 AFB 基地开放日的表演中，F-16A（75-0747）起飞后前起落架就爆胎。飞行员决定在罗杰斯干胡床实施迫降，前起落架触地后就扎入干湖床被折断，导致进气口和机鼻雷达罩开始犁地。进气口吞入了成吨的沙土，雷达罩被扯掉，前设备舱被撕开。当该机被运抵沃斯堡进行 XL 的改装时，整个机鼻都不见了。GD 为该机安装了 F-16B 的双座座舱，换装 12,700 千克推力的 F110-GE-100 发动机。1982 年 10 月 29 日第二架 F-16XL 首飞，试飞员是亚历克斯•沃尔夫和吉姆•麦金尼。稍后单座机被称为 F-16XL-1，双座机被称为 F-16XL-2。
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——通用动力/洛克希德•马丁 F-16“战隼”轻型多用途战斗机
Armstrong
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USAF 先进战术战斗机项目
1981 年 3 月 USAF 宣布将研制一种用于取代 F-111 的先进战术战斗机，能在夜间、恶劣天气下遂行低空遮断任务。GD 提交了 F-16XL 参与竞争，对手是麦道的双座 F-15B 改型。由于增大了载油量和载弹量，F-16XL 的载弹量是标准型 F-16 的两倍，航程提高了 40%。27 个硬点可挂载大量的武器：
•16 个翼下武器挂架（每个负荷 350 千克）。 •4 个半埋式 AIM-120 挂架。 •2 个翼尖挂架。 •1 个机腹中线挂架。 •2 个机翼重型“湿”挂架（可挂副油箱）。 •2 个进气口挂架（LANTIRN）。
但是机翼重型“湿”挂架与最外侧的翼下武器挂架在同一条纵线上，这就意味着挂载副油箱的时候就不能使用最外侧的翼下武器挂架。不挂载副油箱时，F-16XL 可在翼下挂载 16 枚 117 千克的航空炸弹。尽管 F-16XL 在机腹也可以挂载 1,136 升（300 加仑）副油箱，但实际使用中并不挂载这个 CL-300 副油箱，因为挂载机腹副油箱后增加了阻力，油箱用光后不及时扔掉的话反而降低了航程。
