No final da década de 1970, uma nova geração de caças soviéticos e mísseis de superfície-ar (Surface-to-Air Missile – SAM) levou a Força Aérea dos EUA (USAF) a procurar um substituto para o caça de superioridade aérea McDonnell Douglas F-15 Eagle.
Em 1986 a USAF, depois de estudar as propostas dos fabricantes de aeronaves do país, escolheu o projeto da Lockheed-Boeing-General Dynamics (YF-22A) e da Northrop-McDonnell Douglas (YF-23A) para construção de protótipos e realizar uma competição naquele que ficou conhecido como programa ATF (Advanced Tactical Fighter – caça tático avançado).
O Northrop YF-23A foi projetado para atender às necessidades da USAF de sobrevivência, facilidade de manutenção e supercruise. Para satisfazer este último requisito, a Pratt & Whitney (YF119-PW-100L) e a General Electric (YF120) também estavam numa competição paralela ao ATF. Os chamados Augmented Turbofans (turbofans aumentados), eram motores novos, com uma tecnologia que também teria de ser criada. Os motores deveriam prover ao YF-22 e a YF-23 a capacidade de voo supersônico sem o uso da pós-combustão, resultando em economia de combustível e aumento do raio de combate e efetividade.
A Northrop construiu dois protótipos YF-23A: o YF-23 PAV-1 (número de série 87-0800 – Prototype Air Vehicle 1), realizou o seu primeiro voo em 27 de agosto de 1990 com duração de 50 minutos. O piloto foi Alfred “Paul” Metz. O YF-23 PAV-2 (número de série 87-0801) fez seu primeiro voo em 26 de outubro, pilotado por Jim Sandberg. PAV-1 recebeu uma pintura estilo carvão e foi oficialmente apelidado de Spider (Aranha) e Black Widow II (Viúva Negra II), por causa do Northrop P-61 Black Widow da Segunda Guerra Mundial. O segundo protótipo, propulsado por motores General Electric YF120, foi pintado em dois tons de cinza e apelidado de “Grey Ghost“.
O YF-23 focou nas características stealth: para diminuir o peso e aumentar a discrição, a Northrop decidiu não usar o empuxo vetorado para o controle aerodinâmico, como foi usado no Lockheed YF-22A.
O primeiro YF-23, com motores Pratt & Whitney, atingiu voo supercruise com velocidade de Mach 1.43 no dia 18 de setembro de 1990, enquanto o segundo atingiu Mach 1.6 em 29 de novembro de 1990. Em comparação, o YF-22 alcançou Mach 1.58 em supercruise. O YF-23 foi testado até a velocidade máxima de Mach 1.8 com pós-combustão e alcançou um ângulo máximo de ataque (AOA) de 25º. A velocidade máxima do caça ainda hoje é classificada como sigilosa, embora fontes digam que superava fácil Mach 2 em altitude e a velocidade máxima em regime de supercruise fosse maior que Mach 1.6.
A baía de armas da aeronave foi configurada para o lançamento de armas, mas nenhum míssil jamais foi disparado; em vez disso, o Lockheed YF-22 disparou mísseis ar-ar AIM-9 Sidewinder e AIM-120 AMRAAM com sucesso.
PAV-1 realizou uma demonstração de combate rápido com seis vôos durante um período de 10 horas no dia 30 de novembro de 1990. O teste de voo continuou em dezembro, com os dois YF-23 voando 50 vezes num período de 65,2 horas. Os testes demonstraram os valores de desempenho previstos da Northrop para o YF-23: o YF-23 era mais furtivo e mais rápido, mas o YF-22 era mais ágil.
No dia 23 de abril de 1991, o secretário da Força Aérea, Donald Rice, anunciou que o Lockheed YF-22 fora o vencedor e o motor escolhido fora o Pratt & Whitney YF119. Foi dito na época que a USAF considerou o avião da Lockheed como de menor risco de desenvolvimento e como tendo um gerenciamento de programa mais efetivo.
Após a competição, ambos os YF-23, sem seus motores, foram transferidos para o Centro de Pesquisa de Vôo Dryden da NASA, onde a Agência Espacial planejava usar uma das aeronaves para testes de calibração de cargas, mas isso jamais aconteceu.
Os dois YF-23 permaneceram em armazenamento até 1996, quando foram transferidos para museus.
Em 2004, a Northrop Grumman propôs um bombardeiro baseado no YF-23 para atender a um requisito da USAF para um bombardeiro provisório. Propostas para um FB-22 e um B-1R também foram oferecidos.
A Northrop modificou a aeronave PAV-2 para servir como um modelo de exibição para sua proposta, mas a chance do YF-23 servir nesta função terminou em 2006, quando a USAF optou pelas especificações que culminaram com o atual B-21 Rider, que acabou sendo conquistado pela própria Northrop.
Existem rumores sobre uma variante de ataque secreto do YF-23 foi desenvolvido para desempenhar um papel semelhante ao do F-111
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