Nhà thiết kế chính của chiếc máy bay, R.J. Mitchell, luôn được ghi nhớ vì tác phẩm nổi tiếng của mình. Tuy nhiên sự phát triển của chiếc Spitfire không kết thúc sau cái chết khá trẻ của ông năm 1937. Mitchell chỉ kịp nhìn thấy chiếc nguyên mẫu Spitfire cất cánh. Sau đó một nhóm, dưới sự lãnh đạo của kỹ sư trưởng Joe Smith, đã phát triển các phiên bản mạnh mẽ và tiềm năng hơn giúp cho chiếc Spitfire luôn là kiểu máy bay hàng đầu. Một sử gia đã ghi nhận: 'Nếu Mitchell được sinh ra để thiết kế Spitfire, thì Joe Smith được sinh ra để bảo vệ và phát triển nó.'

Có đến 24 phiên bản của chiếc Spitfire và nhiều tiểu biến thể, bao trùm từ kiểu động cơ Rolls-Royce Merlin đến kiểu Rolls-Royce Griffon, các phiên bản trinh sát hình ảnh tốc độ cao và các cấu hình cánh khác nhau. Chiếc Spitfire phiên bản Mk V là kiểu thông dụng nhất với 6.479 chiếc được chế tạo, tiếp theo sau là 5.665 chiếc phiên bản Mk IX. Nhiều kiểu cánh khác nhau và hằng loạt các vũ khí khác nhau được trang bị cho đa số các phiên bản; kiểu cánh A trang bị tám súng máy 0,303 in, kiểu cánh B có bốn súng máy 0,303 in và hai khẩu pháo Hispano-Suiza HS.404 20 mm, và kiểu cánh C (Universal Wing) có thể gắn bốn pháo 20 mm hoặc hai pháo 20 mm và bốn súng máy 0,303 in. Khi chiến tranh tiếp diễn, kiểu cánh C càng trở nên thông dụng.[7] Biến thể vũ khí cuối cùng là kiểu cánh E gắn hai pháo 20 mm và hai súng máy hạng nặng M2 Browning 0,50 inch.

Supermarine phát triển một phiên bản hai chỗ ngồi sử dụng trong huấn luyện và được đặt tên là T Mk VIII, nhưng không có đơn đặt hàng nào nhận được cho kiểu này và chỉ có một chiếc nguyên mẫu được chế tạo (ký hiệu N32/G-AIDN bởi Supermarine). Tuy nhiên, do không có một kiểu máy bay hai chỗ ngồi huấn luyện chính thức, một số khung máy bay được chuyển đổi sơ sài ngoài chiến trường. Chúng bao gồm một chiếc Mk VB của Không lực Hoàng gia ở Bắc Phi, nơi mà một chỗ ngồi thứ hai được lắp vào chỗ thùng nhiên liệu trên phía trước buồng lái, mặc dù nó không phải là máy bay có hai hệ thống điều khiển bay và được cho là chỉ sử dụng "loanh quanh" trong phi đội. Những chiếc duy nhất có được hai hệ thống điều khiển bay là một số nhỏ máy bay phiên bản Mk IX tại Liên Xô trong chương trình Cho thuê-Cho mượn. Chúng được biết dưới tên gọi Mk IX UTI và khác biệt với kiểu do Supermarine đề nghị là có một nóc buồng lái đôi dạng "nhà kính" hơn là dạng "giọt nước" được nâng cao của chiếc T Mk VIII.

Các phiên bản hải quân

Một phiên bản hải quân của chiếc Supermarine Spitfire, đặt tên là Seafire, được cải tiến đặc biệt để hoạt động trên các tàu sân bay. Cho dù không được thiết kế để chịu đựng những nhọc nhằn trong những hoạt động trên sàn đáp tàu sân bay, Spitfire được xem là ứng viên tốt nhất sẵn có vào lúc đó và được tiếp tục đưa ra phục vụ. Các cải tiến bao gồm móc hãm, cánh xếp được và các thiết bị chuyên dùng khác. Một số tính chất của kiểu thiết kế căn bản, cho dù không có vấn đề khi hoạt động trên đất liền, lại sinh ra vấn đề khi hoạt động trên tàu sân bay, ví dụ như là tầm nhìn trước mũi kém. Giống như Spitfire, chiếc Seafire có chiều rộng vệt bánh đáp khá hẹp, nên nó không hoàn toàn lý tưởng để hoạt động trên sàn đáp. Việc thêm vào các thiết bị để hoạt động trên tàu sân bay làm gia tăng trọng lượng chiếc máy bay, giảm độ ổn định ở tốc độ thấp, vốn là điểm mạnh của chiếc Spitfire và cần thiết trong các phi vụ như thế. Các phiên bản đầu của Seafire chỉ có tương đối ít cải tiến, nhưng các phiên bản sau Seafire được cải tiến triệt để và là một máy bay có tiềm năng.

Chiếc Seafire II đã vượt hơn chiếc A6M5 (Zero) về tính năng bay ở cao độ thấp khi hai kiểu máy bay này được thử nghiệm cùng nhau trong không chiến giả. Tuy nhiên, những máy bay tiêm kích hiện đại khác của Đồng Minh như F6F Hellcat và F4U Corsair, được xem là chắc chắn và thực tế hơn để hoạt động trên tàu sân bay. Một ưu thế về tính năng bay đã lấy lại được khi những phiên bản Seafire sau chiến tranh được trang bị động cơ Griffon đã vượt xa các tiền nhiệm trang bị động cơ Merlin. Chiếc Seafire được thay thế bằng chiếc Hawker Sea Fury trên hầu hết các tàu sân bay từ năm 1945. Tên gọi Seafire có được là do rút gọn lại từ ghép Sea Spitfire.

Các phiên bản trang bị động cơ Griffon

Phiên bản Mk XII trang bị động cơ Griffon bay lần đầu tiên vào tháng 8 năm 1942, nhưng chỉ có năm chiếc được đưa ra hoạt động cho đến cuối năm. Phiên bản này có thể đạt đến tốc độ 400 mph khi bay ngang và đạt đến độ cao 10.000 m (30.000 ft) trong vòng dưới tám phút. Mặc dù chiếc Spitfire tiếp tục được cải thiện về tốc độ và vũ khí trang bị, tầm bay xa và trữ lượng nhiên liệu là một vấn đề lớn: nó tỏ ra "hụt chân" trong suốt vòng đời ngoại trừ vai trò trinh sát hình ảnh, khi các khẩu súng được tháo bỏ dành chỗ cho các thùng nhiên liệu bổ sung.

Những chiếc Spitfire mới trang bị động cơ Griffon được giới thiệu như là máy bay tiêm kích đánh chặn phòng thủ đảo nhà, nơi mà tầm bay bị hạn chế không phải là một trở ngại. Những chiếc Spitfire nhanh hơn này được sử dụng trong phòng thủ chống lại sự xâm nhập của những chiếc tiêm kích-ném bom tốc độ cao của Đức đến "ném-rồi-chạy" và những quả "bom bay" V-1 bên trên bầu trời Anh Quốc.

Khi những máy bay tiêm kích Mỹ đảm nhận vai trò hộ tống tầm xa cho những cuộc không kích ném bom ban ngày của Không lực Lục quân Hoa Kỳ, những chiếc Spitfire gắn động cơ Griffon dần dần đảm nhiệm vai trò tiêm kích chiếm ưu thế trên không như là máy bay đánh chặn, trong khi các phiên bản gắn động cơ Merlin (chủ yếu là Mk IX và XVI trang bị động cơ Packard) có vai trò tiêm kích-ném bom.

Cho dù các phiên bản gắn động cơ Griffon đánh mất một số tính năng điều khiển được ưa chuộng của các tiền nhiệm gắn động cơ Merlin, chúng giữ lại được ưu thế cơ động khi chiến đấu so với hầu hết các thiết kế máy bay hiện đại của Đức (và cả của Mỹ) tại châu Âu trong suốt vòng đời của nó.

Những chiếc Spitfire và Seafire gắn động cơ Griffon tiếp tục phục vụ trong nhiều phi đội của Không quân Phụ trợ Hoàng gia và Hải quân Trừ bị Tình nguyện Hoàng gia cho đến khi được tái trang bị vào những năm 1951 - 1952. Chuyến bay Spitfire phục vụ cuối cùng trong Không quân Hoàng gia thực hiện ngày 9 tháng 7 năm 1957 bởi chiếc PS583 từ căn cứ Woodvale, là hoạt động cuối cùng của một chiếc máy bay tiêm kích gắn động cơ piston trong Không quân Hoàng gia Anh Quốc.