El Grumman F3F fue el último caza biplano entregado a la Armada de los Estados Unidos. Diseñado por la compañía Grumman Aircraft Engineering Corporation como una versión mejorada del monoplaza F2F, entró en servicio en el año 1936 y fue retirado de los escuadrones de primera línea a finales de 1941, siendo sustituido por el Brewster Buffalo.
La experiencia de la Armada de los Estados Unidos con el F2F reveló diferentes problemas de estabilidad direccional y características desfavorables en las prestaciones, por lo que el 15 de octubre de 1934, aun antes de que comenzaran las entregas del F2F, se firmó un contrato con Grumman para la construcción del prototipo Grumman XF3F-1. Según el contrato, el nuevo diseño debía ser capaz de efectuar misiones de ataque al suelo, además de las de caza–interceptación. A pesar de estar impulsado por el mismo motor Pratt & Whitney R-1535-72 Twin Wasp Junior que su predecesor, la longitud del fuselaje en el F3F se había incrementado en 56 cm, y la envergadura total de las alas en 1,07 m. Además, una reducción del diámetro de las ruedas del tren de aterrizaje permitió un fuselaje mucho más aerodinámico.
El prototipo (Bureau N.º 9727) voló por primera vez en Farmingdale el 20 de marzo de 1935 al mando del piloto de pruebas Jimmy Collins, de Grumman, realizando tres vuelos en ese mismo día. Dos días después, tuvieron lugar seis recuperaciones después de vuelos en picado y el décimo día, el avión maniobró a 2438 m, registrando 9 g en los equipos de prueba. Lamentablemente, con esta maniobra el avión se rompió en el aire, estrellándose en un cementerio y matando a Collins. Los límites de diseño habían sido excedidos, de modo que el segundo ejemplar fue construido con los encastres de la raíz del plano inferior y la bancada motriz reforzados. Voló por primera vez con estas mejoras el 9 de mayo, siendo después entregado en la Base Aeronaval de Anacostia para ser sometido a las evaluaciones de la Armada estadounidense. Una vez allí, fue probado por Lee Gehlbach, piloto de la propia Grumman; el 17 de mayo, el avión entró en barrera plana y, como la recuperación era imposible, el piloto saltó en paracaídas. Increíblemente, el aparato no resultó completamente destruido y pudo ser reconstruido en poco más de tres semanas, a cuyo término el piloto de pruebas Bill McAvoy llevó a cabo unas cuantas evaluaciones por cuenta de Grumman, siendo enviado a Anacostia el 20 de junio. Este avión reconstruido presentaba ahora una pequeña aleta ventral, bajo el cono de cola, añadida a raíz de unas pruebas efectuadas con una maqueta en el túnel de viento de las instalaciones de la NACA en Langley Field.
El 24 de agosto de 1935 se cursó un encargo por un total de 54 cazas F3F-1 de serie, y después de las primeras entregas a partir del 29 de enero de 1936, el modelo entró en servicio con el VF-5B, embarcando en el USS Ranger en abril, y con el VF-6B, a bordo del USS Saratoga en junio. El escuadrón VF-4M del Cuerpo Aéreo de la Infantería de Marina de los Estados Unidos recibió los últimos seis F3F-1 en enero de 1937.
El esquadron VMF-211 del Cuerpo de Infantería de Marina fue la última unidad operativa equipada con F3F, que fueron retirados en octubre de 1941; en adelante más de 100 ejemplares fueron empleados en misiones de entrenamiento.
Grumman, queriendo tomar ventaja del nuevo y potente motor radial Wright R-1820 Cyclone de 950 hp con sobrealimentador, empezó a trabajar en el F3F-2 sin siquiera tener un contrato con la Armada estadounidense, por lo que la orden de compra por 81 ejemplares no se efectuó hasta el 25 de julio de 1936, dos días antes de que volara el primer prototipo. El gran diámetro del motor cambió la apariencia de la cobertura del motor, haciendo que el avión se pareciera aún más a un barril, aunque la velocidad máxima se incrementó hasta los 410 km/h a 3658 m.
Toda la producción del F3F-2 fue entregada entre 1937 y 1938, y para cuando terminaron las entregas, los siete Escuadrones de Caza de la Armada y del Cuerpo de Infantería de Marina estaban equipados con cazas Grumman monoplazas. Mejoras aerodinámicas adicionales realizadas en un F3F-2 que estaba en las instalaciones de Grumman para su mantenimiento, derivaron en el XF3F-3, que tenía una hélice de mayor diámetro, entre otras mejoras. El 21 de junio de 1938, la Armada estadounidense ordenó la modernización de 27 cazas F3F-2, ya que el desarrollo de los nuevos cazas monoplanos como el Brewster F2A Buffalo y el Grumman F4F Wildcat estaba llevando más tiempo que el planeado.
Con la introducción del Brewster F2A-1, los días de los biplanos de caza estaban contados. Todos los F3F fueron retirados de los escuadrones en servicio a finales de 1941, aunque 117 ejemplares fueron reasignados a diferentes bases navales para ser utilizados en misiones de entrenamiento, hasta diciembre de 1943.
Unos pocos F3F fueron utilizados por las Fuerzas Aéreas del Ejército de los Estados Unidos (USAAF) como entrenadores, bajo la denominación UC-103/UC-103A.
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