Особенностью самолета стало стреловидное крыло с обратным сужением и изменяемым в полете углом установки. В соответствии с формой крыла его толщина увеличивается к концам. Изменение угла установки производится при помощи гидравлического механизма. При этом поворот крыла происходит относительно оси, лежащей в плоскости поперечной балки фюзеляжа. Крыло оборудовано предкрылками, элеронами и закрылками. Хвостовое оперение стреловидное, с тонким профилем. Основные стойки шасси убирались в толстую концевую часть крыла. Для уменьшения давления на ВПП каждая стойка оснащалась парой колес, расположенных друг за другом (тандем). Для этого шасси фирмой Goodyear были разработаны специальные тормоза. Носовое колесо ориентирующееся: уборка производится поворотом вперед.

На XF-91 был установлен двигатель General Electric J47-GE-3 с тягой 2360 кгс. Форсирование производилось впрыском воды в компрессор, при этом тяга увеличивалась до 2720 кгс. Снизу и сверху сопла двигателя располагались четыре ЖРД фирмы Reaction Motors XLR-11 суммарной тягой 2720 кгс.

Вооружение самолета состояло из двух 20-мм пушек в носовой части фюзеляжа. До января 1950 года истребитель совершил около 40 полетов без включения ЖРД. Затем машину передали ВВС. где во время одного из испытательных полетов (в январе 1952 года) с включенными ЖРД была превышена скорость звука в горизонтальном полете. Таким образом, XF-91 стал первым сверхзвуковым перехватчиком ВВС США. Тем не менее заказа на серийное производство этой машины не последовало.

Поскольку XF-91 по своим основным характеристикам уступал самолетам F-100 и F-102, испытания которых подходили к концу, то первый экземпляр (всего выпущено два) XF-91 передали в музей Военно-воздушных сил в г.Дэйтоне (шт. Огайо).