Počátkem spojenecké bombardovací kampaně proti německým strategickým cílům v roce 1942 byla Luftwaffe přinucena poprvé ve válce přejít do defenzívy. Tento nenadálý zvrat s sebou přinesl i naléhavou potřebu nové těžké stíhačky a záchytných letounů, které by se mohly postavit zvyšujícímu se počtu nalétávajících spojeneckých bombardérů a jejich doprovodu. I když firma Messerschmitt již pracovala na novém stroji, který by zastaralý Bf 110 nahradil - Me 210 - v průběhu jeho vývoje vyvstalo několik problémů, které ho zpozdily. Musely by tak vzniknout nové verze Bf 110. RLM (německé ministerstvo letectva) ale nebylo spokojeno s vytvářením dalších verzí a modifikací Bf 110, protože se v té době zároveň snažilo o snížení počtu verzí všech svých letadel, aby se tak zamezilo vznikajícím logistickým problémům, které zatěžovaly i výrobu. Inspirováni předchozím projektem He-111 “Zwilling”, začali inženýři z Messerschmittu pracovat na podobné těžké stíhací alternativě založené na Bf 109, která by šla masově vyrábět, nabízela by lepší výkony než Bf 110 a zároveň byla levnější na výrobu, než nově vznikající letouny.

Inženýři Messerschmittu vzali dvě standardní Bf 109F a "svařili" je k sobě - tím vznikl první prototyp Bf 109Z-0 - tedy “zwilling” Bf 109. V roce 1943 byl ale během náletu na jednu z továren Messerschmittu u Augsburgu zničen jediný prototyp, což vedlo ke zrušení plánovaných zkoušek. Navzdory tomu pracovali inženýři na konceptu i nadále a o necelý rok později - na jaře 1944 - vytvořili nový prototyp Z-1, který vznikl na základech Bf 109G-6. Druhý prototyp se od prvního lišil (samozřejmě kromě toho, že byl postaven na pozdější verzi stodevítky) opuštěním kulometů puškové ráže ve prospěch vzájemně kompatibilních velkorážných automatických kanónů, což bylo u německých pozdně-válečných letounů běžné. Nakonec byl projekt zrušen - kvůli nedostatku surovin, kterým trpěl německý průmysl v pozdních fázích války a koncept dvojité stíhačky Bf 109 byl nadobro opuštěn.