Vývojové verze F byl prototypy Bf 109 V21 – V25. Původně byla zamýšlena výzbroj dvěma kulomety MG 17 ráže 7,92 mm a kanónem MG 151/15 ráže 15 mm střílejícího osou vrtule, který byl u prvních verzí nahrazen kanónem MG FF/M ráže 20 mm. Ze začátku byly velké problémy se zasekáváním kanónu MG FF/M, přehříváním motoru a odlamováním zadní části trupu. Od verze F-2 se také používají polní soupravy (Rüstsätze). Stejně jako předcházející verze i verze F byly upravovány do verze Trop (Např. Bf 109 F-4/Trop – na této verzi upravená pro tropické podmínky, dosáhl Hans-Joachim Marseille většiny ze svých 158 sestřelů).