En 1957, US Navy fait part de son besoins d'avoir un remplaçant à ses P2V Neptune vieillissant et encore doté de moteurs à pistons. Lockheed est sélectionné pour le développement de l'appareil et obtient l'autorisation de réutiliser la cellule de son modèle civil L-188 Electra qui est un quadriturbopropulseur.
Un premier prototype désigné YP3V-1 est construit. Il effectua son premier vol le 25 novembre 1959. Par rapport au modèle civil, dont il est issu, il est plus court de 2,24 m et est modifié pour accueillir une soute à bombes.
Ses essais effectués, il fut mis en production sous le nom de P-3A. 157 appareil de ce type furent construits. Il fut mis en service pour la première fois dans les forces armées des États-Unis en 1962. Ils étaient équipés de propulseurs Allison T56-A-10W de 4 500 chevaux et du même système tactique que le P2V-7. À partir du 109 appareil, celui-ci fut remplacé par un système Deltic plus moderne tandis que les avions déjà en service furent rétrofités avec ce système. Les P-3A furent retirés du service en 1979.
Une seconde version vit le jour sous le nom de P-3B et fut construite à 145 exemplaires. Les différences avec le P-3A résidait dans une nouvelle motorisation, des Allison T56-A-14, et la possibilité d'emporter des missiles AGM-12 Bullpup.
La version finale, P-3C, conserva la cellule et la motorisation de la précédente mais fut équipée d'un nouveau système de lutte anti-sous-marine et d'un Air Tactical Data System. Entre 1975 et 1984, trois modernisations furent effectuées. La dernière permet à l' Orion d'emporter diverses armes dont des missiles AGM-84 Harpoon sur des points de charges externes, des 4 torpilles Mk.46 ou 2 bombes sous-marines Mk.101 en soute et peut aussi utiliser des bouées acoustiques.
Le dernier P-3C Orion construit quitta l'usine en 1996. Il reste cependant en service actif dans diverses marines. Aux États-Unis, les plus de 225 appareils en service seront remplacés à partir des années 2010 par 108 exemplaires d'une version militaire du Boeing 737, le Boeing P-8 Poseidon.
En tout 649 appareils furent produits, dont 110 par la firme japonaise Kawasaki.
Le 31 mars 2001, un patrouilleur EP-3E Aries II de la US Navy s'est écrasé au sol sur l'île de Hainan en Chine suite à une collision avec un chasseur chinois.
