AIM-54摧毁QF-4靶机瞬间
AIM-54由5部分组成，在弹头的光滑气动天线罩之下是制导段的主动雷达，然后是战斗部。该弹安装了一个重61千克的Mk 82破片战斗部，足以摧毁任何大小的空中目标，战斗部可由一个无线电和红外组合近炸引信或一个撞击引信引爆。接下来是安装了四片三角形弹翼的推进段。推进段发动机是洛克达因公司的Mk47或Aerojet公司的Mk60固体燃料火箭发动机，都能在发射后把导弹推进到超过4马赫的速度。在最后的控制段上有4片操纵舵面，每片都与一片弹翼对齐。“不死鸟”导弹在一架安装了AN/AWG-9雷达的道格拉斯NA-3A“空中武士”攻击机及其他飞机上进行了广泛的测试。
1968年7月，美国海军颁布了一种新型双座战斗机的方案征求书（RFP），启动了试验性海军战斗机（VFX）项目。1969年1月，格鲁曼303方案获胜，1970年12月21日，第一架F-14原型机首飞。由于格鲁曼公司在此前的F-111B项目中因拥有丰富的舰载机研制经验成为通用动力公司的合作伙伴，因此该公司在新战斗机的发动机、雷达和导弹系统的整合上驾轻就熟，只用短短的22个月就研制出如此复杂而先进的战斗机。
因此该公司在新战斗机的发动机、雷达和导弹系统的整合上驾轻就熟，只用短短的22个月就研制出如此复杂而先进的战斗机
在“雄猫”上测试
之后，AIM-54的测试和研制就向着列装F-14战斗机的目标前进。1972年4月28日，F-14试射的第一枚AIM-54，此后，“不死鸟”导弹在“雄猫”的各种试射中成功击中了从巡航导弹到高空轰炸机的各类目标。这些试射中有一项是极限射程试验，测试结果超出规定的160公里最大射程。1972年11月，一架“雄猫”发射一枚“不死鸟”击中了193公里外的无人靶机，展示出AIM-54卓越的远程性能。
同年11月22日，一架在7620米高度飞行的F-14在38秒内发射了6枚AIM-54，导弹在“雄猫”火控系统的引导下同时飞向各自目标，其中4枚成功命中。除了极远射程外，“不死鸟”还进行了极近射程测试，直接用自己的主动雷达锁定并攻击了3.2公里外的目标。与导弹配套的LAU-93A挂架专为F-14研制，并与飞机和导弹一起进行了测试。随着测试的完成，“不死鸟”已经准备好服役了，AIM-54A在1973年投产，1974年9月列装首个F-14A“雄猫”中队。
正是AWG-9和AIM-54这种远程雷达和远程空空导弹的组合才使得“雄猫”变得如此强大
美国海军导弹中心的F-14A在测试初期对AIM-54进行试射
与导弹配套的LAU-93A挂架专为F-14研制，并与飞机和导弹一起进行了测试
AIM-54导弹的典型应用
F-14A与YAIM-54A原型弹
在服役中成长
如此复杂和强大的导弹武器系统必然会带来编号的复杂性，而且“不死鸟”在服役中还在不断改进，进一步加剧了这种状况。
AIM-54A
“不死鸟”的初始型号是AIM-54A，除实弹外还有多种训练弹。其中ATM-54A装有惰性战斗部，可用于射击训练。CATM-54A没有火箭发动机也没有弹头，但却具有标准的雷达和制导套件，可用于目标捕获训练。DATM-54A上什么设备也没有，被用于训练甲板军械员装卸、操作和准备导弹。最后还有一种AEM-54A，安装了专业的遥测设备，是一种测试和评估导弹。
AIM-54A至今还在伊朗服役
ATM-54A惰性战斗部训练弹
AIM-54B？
AIM-54B是“不死鸟”的第二种型号。从1977年开始，“不死鸟”的弹翼和舵面改用金属板制造，取消了原先的蜂窝结构以加快生产速度。有趣的是，美国海军并没有在官方文件中把这种改进型称为AIM-54B，要么是由于产量太少，要么是被当成AIM-54A的子型号，因为该弹除弹翼外和A型没什么不同。但是从美国海军列装ATM-54B惰性战斗部训练弹和AEM-54B遥测评估弹来看，AIM-54B确实批量生产了。
AIM-54C
“不死鸟”导弹的第三种也是最后一种型号是AIM-54C，于1977年开始研制。在AIM-54超过5000枚的产量中，超过一半都是这种经过大幅改进的C型。AIM-54C的制导、控制和自动驾驶系统经过了彻底更新，使用了全数字化的WGU-11B制导和WCU-7B控制系统，具有可编程信号处理器和惯性导航系统，大大改善了电子反对抗措施（ECCM）能力。为了增强导弹跟踪巡航导弹这类的低空小型目标的能力，AIM-54C还安装的全新的DSU-28B目标探测和引信系统。和A型一样，C型也有ATM-54C、CATM-54C和AEM-54C训练和测试评估弹，每种弹的用途和A型相同。不过因为DATM-54A已经足够使用，所以AIM-54C没有专用的地面训练弹。1978年YAIM-54C开始测试，1979年8月XAIM-54C交付美国海军进行测试。所有测试完成后，AIM-54C在1982年投产，1986年进入美国海军服役。但这并不是“不死鸟”研发史的终结，AIM-54C在服役中继续进行了一系列改进和升级。
C型的第一个重大改进型是AIM-54C+，使用WDU-29B战斗部替换了Mk 82，增加了毁伤威力。早期型号的“不死鸟”依靠一套安装在F-14上的外部温度控制系统来冷却弹上电子设备，泵和冷却液都安装在战斗机上，导弹发射后就失去了冷却。而C+型改成内置温控系统，制冷液容器也移到了弹体内部，所以这种“不死鸟”有时也被成为AIM-54C密封型。在生产过程中，“不死鸟”的电子反对抗措施系统也得到了进一步改进，编号也相应变成了AIM-54C密封型/ECCM或AIM-54C++，这种改型在1988年开始服役。