味方爆撃機などの護衛を主任務とする。敵戦闘機の攻撃から、味方爆撃機を護衛する事が第一の目的である。長距離を侵攻して敵都市などを攻撃する爆撃機を護衛する必要があるため、前述の制空戦闘機の場合と異なり、長大な航続能力が求められ、より大型の機体である場合が多い。ただし、味方爆撃機の安全のために制空権を確保するという意味では、前述の制空戦闘機と任務的・分類的には重なるものであり、それに含める場合が多い。言葉の用法としても、戦闘機の種類名というより、戦闘機をその目的に用いる任務名と解釈したほうがよいケースが多い。現在は戦闘機の任務の多用途化により、戦闘機を含め軍用機全般の区別が曖昧になり、護衛戦闘機という分類は特にされなくなった。代表的なものは、P-38、P-51など。
レシプロ機時代の一時期、爆撃機の航続距離の増大によって、単発戦闘機の航続力では護衛が困難となったために、双発の大型機が護衛戦闘機として開発された事がある。ただしそれら双発機は、単発の小型戦闘機に比べて鈍重であり、結局その目的には使用不可能であり、多くが後述する夜間戦闘機として使用された。
護衛戦闘機の一種に、味方爆撃機に搭載・曳航されて敵領空まで飛行する事で航続能力の向上を計った、パラサイト・ファイター（寄生戦闘機）と呼ばれるものも存在した。代表的なものに、XF-85がある。実用化されたものとしてはズヴェノーがあるが、これは爆撃機として用いられた。
