Первая разведывательная модификация этого самолета получила обозначение Bf-109Е-5. В фюзеляже за кабиной пилота была установлена автоматическая аэрофотокамера Rb 21/18. Для сохранения взлетной массы, а следовательно, и скоростных характеристик пришлось снять обе крыльевые 20-мм пушки MG FF. Пришлось «пожертвовать» и рацией, поскольку в узком фюзеляже «Мессершмитта» места для нее уже просто не осталось. Далее последовала модификация Bf-109E-6, на которой, кроме автоматической фотокамеры в фюзеляже, в кабине пилота, перед лобовым стеклом, на специальном кронштейне монтировалась ручная 35-мм фотокамера, которой управлял сам пилот.
Следующая разведывательная версия — Bf-109E-7 — уже имела три автоматических камеры. Одна Rb 50/30 находилась в фюзеляже за кабиной пилота, а на месте крыльев пушек были установлены две фотокамеры модели Robot II Luftwaffe. Последние выпускались фирмой «Robot Berning & Co. K.-G», специализировавшейся на выпуске портативных фотокамер. Фирма, образованная в 1933 г. в Дюссельдорфе, получила мировую известность, когда в 1937 г. ее ручная фотокамера Robot I, разработанная главным конструктором Хайнцем Килфиттом (Heinz Kilfitt), получила Гран-при на Всемирной выставке в Париже. В том же году начались работы над новой моделью Robot II, на основе которой затем специально для Люфтваффе была создана автоматическая камера Robot II Luftwaffe. На
нее ставились два типа объективов: «Карл Цейсе Йена» с фокусным расстоянием 4 см или «Шнейдер Крёйцнах Теле Ксенар» с фокусным расстоянием 7,5 см.
В январе 1942 г. ВМ09Е-7 W.Nr.4970 из 1-й эскадрильи Aufkl.Gr. 123, оснащенный всеми этим фотокамерами, совершил вынужденную посадку на территории Англии. Он вызвал большой интерес со стороны британцев, поскольку стал первым одномоторным разведчиком, попавшим к ним в руки.
Затем весной эскадрильи дальней разведки Люфтваффе получили новые Bf-109F-4/R3, оснащенные камерой Rb 50/30, но по-прежнему не имевшие рации. Согласно официальным немецким данным, было изготовлено 36 таких машин. Затем появилась модификация Bf-109F-4/R5, которая могла нести камеру Rb 50/30 или Rb 75/30 и в фюзеляже которой наконец-то удалось разместить и рацию.
Узкий фюзеляж «Мессершмитта» сильно затруднял замену кассет с фотопленкой и техническое обслуживание камеры. Доступ к ней имелся лишь через небольшой лаз, остававшийся за креслом пилота, а также через два маленьких люка на левом борту самолета. В итоге в процессе установки и демонтажа кассеты участвовали сразу три техника, которым при этом приходилось демонстрировать немалые акробатические навыки.
В марте 1942 г. новые Bf-109F-4 поступили в 3-ю и 4-ю эскадрильи Aufkl.Gr.Ob.d.L., которые соответственно действовали на южном и северном фланге Восточного фронта. Применение для дальней авиаразведки одномоторного самолета давало группе Ровеля ряд преимуществ. «Мессершмитт» обладал более высокой скоростью и маневренностью, чем двухмоторные разведчики, и потому имел гораздо больше шансов уйти невредимым от вражеских истребителей ПВО, а при случае мог и сам атаковать их. Последнее подтверждает тот факт, что уже в мае в районе Ярославля были сбиты два «Харрикейна» из 721-го ПАП, причем их уцелевшие пилоты божились, что их завалил именно «сто девятый».
Позднее были созданы разведывательные варианты модификаций Bf-109G и К, которые особенно широко использовались в эскадрильях ближней разведки. Конструкторы даже разработали специальный высотный разведчик BM09H-2/R2 с увеличенной площадью крыла. Он был оснащен двигателем DB605E с турбонагнетателем NW50, мог нести камеру Rb 50/30 или Rb 75/30 и был вооружен одной 30-мм пушкой МК108. Этот «Мессершмитт» совершил несколько испытательных вылетов, но в серию так и не пошел.