AR-15是M16的前身。

1964年2月8日，空军把装备的AR-15正式命名为“美国5.56mm口径M16步枪”（United States Rifle, Caliber 5.56mm, M16）。

美国5.56mm口径M16枪族的研制是始于美国陆军的作战研究办公室（Operations Research Office，简称ORO）的一项研究，ORO于1948年9月在约翰斯·霍浦金斯大学成立，是陆军资助的一个民间研究机构，其目的是进行提高军事作战能力的相关研究，当时在英国也有类似的作战研究组织。ORO的第一个研究项目是“怎样设计出防护性能更好的战斗防弹衣”，简称ALCLAD计划。为此ORO调查了超过300万个在第一、二次世界大战中伤亡报告，又向参加过朝鲜战争的士兵进行访问。在调查中他们发现，第一次世界大战的神枪手经常在1200米距离上射击，但大多数被射杀的人都在100米范围内中弹的；而参加过朝鲜战争第602步兵团接受访问的士兵中有大约87%的士兵表示：受地形及其他环境因素的制约，他们的射击目标的距离有95%是在300码以内，许多士兵更说他们所射杀的敌人都在100米以内。

在往后几年里他们发表了一系列关于他们调查结果的报告，他们的基本结论是战斗绝大多数在近距离发生。在高机动性的战争中，作战分队的战斗形式以遭遇战为主，而有较强火力的作战分队容易赢得战斗。他们也发现在战斗中被命中的机会是随机的——也就是说，因为“目标”不是坐着不动让你打，不经过瞄准的反应式射击和经过正确瞄准的射击同样可以将敌人击伤或杀死，命中率没有太大的差别，而要造成一个人员的伤亡需要发射大量的子弹。这些结论实际上是暗示步兵们应该装备一种全自动步枪，以增加射速。然而它也清楚表明必须增加弹药的消耗，一个步枪手必须为一次战斗而携带大量的弹药，因此他们必须携带的装备应当减轻重量。ORO认为.22口径步枪发射能控制散布形式的成群射弹在300米射程内有相当理想的效果。值得注意的是，这项研究是在美国陆军军械署人员和英国军械人员为了.28和.30口径子弹的优劣吵得不可开交时秘密进行的，ORO的研究结果实际上跟德国人10年前研制的7.92mm×33短弹的原理相同。

当时研制的T44步枪（M14前身）能够全自动射击，一定程度上符合了ORO的研究结论，但它的弹药太重导致单兵携行量不能提高，枪的长度和重量也使它不适合近距离战斗。负责轻武器研究和发展的美国陆军军械署领导瑞纳·斯塔德勒（René Studler）注意到ORO的报告，于是他向亚伯丁试验场要求提供一份关于小口径武器的研究报告。

唐纳德·霍尔（Donald Hall）在这个研究计划中发现一种.22英寸（5.59mm）枪弹在大多数战斗情形中与较大的弹头有相同的表现。而且由于后坐力较低可以提供较高的射速，这样的武器可能会使敌人有较多的伤亡。在他的研究小组成员中的威廉·C·戴维斯二世（William C. Davis Jr.）和G.A.格斯塔森（G.A. Gustafson）开始研制.224英寸（5.69mm）弹并进行一系列的实验，但万事俱备只欠东风，当他们要求提供资金作进一步的研制时，这个请求在1955年被否决了。

同时，美国陆军军械署于1953年至1957年之间实施了一项名为“齐射”（SALVO）计划的研究工作。“齐射”计划共分为两个阶段，在第一阶段的“齐射”中最后建议武器连发射击时4发弹散布在20英寸（0.5m）范围内将比现存的半自动武器成倍地增加命中率。而在第二阶段的“齐射2”中试验了一些概念性的武器，如AAI的Irwin Barr推出的一系列钢矛武器，开始时是在霰弹枪的弹壳内包含32枚飞镳，最后改为单发钢矛的步枪弹。温彻斯特公司和春田兵工厂则提供了多管武器，而ORO自己设计了两种新枪弹，一种是把.22弹头装入一个.308温彻斯特弹壳内，另一种是把.25或.27弹头装入一个.30-06弹壳内。还有其他一些创新的设计，例如同时射出两个弹头的双头弹，春田的埃利·哈维（Earle Harvey）所设计的通过改变弹头形状而使弹道发生变化的设计等等。

在这同时，T44的测试仍在继续，而FN公司也经由美国的哈林顿-理查森武器公司（Harrington & Richardson）代理他们的FAL，提供T48样枪参与T44的竞争。最后的结果大家都知道，美国人选择了T44作为新的制式步枪M14，而在这之前，尤金·斯通纳带着他的步枪半路中途杀入了这个新步枪选型的竞争计划。

尤金·斯通纳（Eugene Stoner，1922-1997），第二次世界大战结束后他从海军陆战队退役便开始设计步枪。1955年（另一些资料是1954年，可能是开始研制的时间），在阿玛莱特（Armalite）公司工作的斯通纳研制了AR-10自动步枪，AR-10采用瑞典AG42杨曼（Ljungman）步枪的导气管（也称为气吹式或直接导气式）原理，发射与春田T44步枪相同的T65步枪弹。

AR-10的设计无论是材料、内部结构还是外形设计在当时看来是相当前卫的，相比之下，T44无论在结构上外形上还是材料上都显得比较传统。AR-10的枪管是复合的，里面是拉有膛线的不锈钢内衬管，外面是铝合金套管。机匣由铝而不是钢铸造而成。枪托和握把是用玻璃纤维增强塑料，甚至消焰器是用钛制造的，只有枪机和枪机框是采用镀铬钢制件。射击时，火药燃气通过枪管上方的导气管直接进入机框中，机框本身就相当于导气活塞。在当时的传统设计中，通常是让瞄准具贴近枪管，为此而采用下弯造型的枪托，由于抵肩点低于枪膛轴线，因此射击时容易导致枪口上跳。而AR-10借用了德国FG42和美国约翰逊轻机枪的直枪托设计，使抵肩点处在枪膛轴线上，准星用一个三角形结构抬高，而照门则安装在一个提把上，因此使瞄准基线升高在一个合理的位置，抵肩瞄准时非常舒适。同时拉机柄也设计在提把内，左右手均能操作。

AR-10空枪重仅3.4公斤，比它的竞争者轻了超过2磅（约900g），此外它在后坐控制方面也比其他两个竞争者要好。然而，它出场得太晚，在1956年才加入美国陆军的选型试验，当时T44E4和T48步枪已经进入最后的测试阶段。而且前卫并不一定总是好的，在1957年，AR-10在试验中因枪管过热导致枪口装置松动，连续撞击钢衬管而严重开裂，于是被取消资格。而且这种复合枪管也被认为是制造复杂、成本高而不被看好。

斯通纳的设计在当时来说是太急进了，然而AR-10的出现为后来小口径步枪的高速发展提供了基础。AR-10引起了美国陆军威莱德·维曼（Willard G.Wyman）将军的注意，他要求斯通纳和阿玛莱特公司设计高初速的.22口径步枪。