O desenvolvimento do Ki-108 começou em abril de 1943 após a Kawasaki pretender preencher um requerimento do Exército Japonês para um intercetor pesado, que começou com a série Ki-45. O desenho do Ki-108 foi derivado principalmente do Ki-102 e também tomou alguns elementos do Ki-96, combinando bem ambos os desenhos. Após os primeiros B-29 Superfortress surgirem sobre as ilhas japonesas, a necessidade de um intercetor de elevada altitude tornou-se ainda mais pertinente. Duas fuselagens de Ki-102 otsu foram levadas das linhas de construção em 1944 para produzir o protótipo do Ki-108. Comparado com o Ki-102, que era destinado a para baixas altitudes, enquanto o Ki-108 era um intercetor para operações a elevadas altitudes. Para permitir isto, o cockpit do Ki-108 teve de ser significativamente reduzido e selado hermeticamente. Tudo isto tornou ki-108 num avião de apenas um tripulante, massa reduzida e menor atrito, tudo ao mesmo tempo para dar melhor desempenho a elevadas altitudes.

Os dois protótipos iniciais foram concluídos em Julho e Agosto de 1944, respetivamente. Uma versão melhorada do Ki-108 foi desenhada com base no Ki-102 Hei, com uma asa mais larga e fuselagem alongada, num esforço de melhorar o handling a elevadas altitudes. Dois exemplos da variante Ki-108 Kai foram construídos e subsequentemente testados em 1945. no entanto, a situação da guerra estava a ficar pior para o Japão, concluindo os testes prematuramente do protótipo e ambas as versões nunca entraram em combate. Um total de Ki-108 foram construídos nos anos de 1944 e 1945.