Le développement du SR-71 commença en 1962, sur la base du A-12 qui venait tout juste de faire son premier vol. Destiné à l'USAF, le SR-71 devait pouvoir effectuer sa mission de reconnaissance sans avoir à passer à la verticale de son objectif, contrairement au A-12. Le premier vol de cette version eut lieu le 22 décembre 1964. À partir du mois de mars 1968, les premiers SR-71 commencèrent à être déployés sur la base de Kadena à Okinawa, en remplacement des A-12. La première mission opérationnelle eut lieu le 21 mars au-dessus du Vietnam.
Le SR-71 a été utilisé durant toute la Guerre froide à des fins de surveillance et d'espionnage photographique. Il a notamment photographié tous les sites secrets de l'URSS et 2 500 missiles ont été tirés contre lui à ces occasions sans jamais parvenir à l'atteindre. Les missiles soviétiques n'allaient pas à plus de 2 200 km/h, or, en vol, l'avion ne passait presque jamais en dessous de la barre des 2 400 km/h, soit Mach 2. En 2010, le détail des missions reste encore un secret militaire, même si certaines photos prises par le SR-71 ont été déclassifiées. La plupart des SR-71 étaient basés à la base de Beale en Californie, mais d'autres bases, comme celle de Kadena et de Mildenhall furent utilisées.
Le développement par les États-Unis de réseaux de satellites d'observation militaires de plus en plus nombreux et aux images de plus en plus précises a rendu l'avion de moins en moins compétitif. Il est vrai que les opérations du SR-71 nécessitaient une importante logistique, notamment une flotte d'avions ravitailleurs spécialisés, les KC-135Q, capables de fournir le carburant spécial JP-7, qui n'était utilisé que par le Blackbird. Les SR-71 étaient généralement ravitaillés en vol en altitude après une pointe de vitesse vers Mach 3 qui permettait à la structure de l'avion de s'échauffer et de se dilater et d'assurer ainsi l'étanchéité des réservoirs Le SR-71 fut mis à la retraite en janvier 1990. Cependant, en septembre 1994, le Congrès américain vota un budget de 100 millions de $ pour permettre la réactivation de trois SR-71. Ces avions reprirent du service de 1995 à 1998. Le dernier vol d'un SR-71 eut lieu en octobre 1999 : il s'agissait d'un vol de recherche pour le compte de la NASA.
Certains prétendent que le Blackbird a été, en fait, remplacé par l'hypothétique SR-91 Aurora ou le Northrop B-2 Spirit dont les performances officielles, subsoniques, relèveraient de la désinformation. Toutefois, si le programme Aurora reste très obscur, la configuration aérodynamique du B2 lui interdit d'être supersonique. À comparer avec le SR-71 qui dépassait facilement Mach 3,5 et effectuait ses missions à des vitesses supérieures à Mach 2.
