1986年4月推出，是世界第二台，也是Nikon第一台机身一体化AF SLR。
这并不是Nikon公司的第一架AF单反机，但的确是Nikon第一架机身一体化AF单反机，也是其第二架内置马达卷片器的单反机。其外形和性能均与其前身F-301极为相似，实际上它就是在F-301上叠加了AF功能，如果将F-501置成手动聚焦方式，完全可以把它当作F-301来使用。
与作为当时的同类同级别的Minolta α7000相比，F-501并没有多少新颖的特点，但它确实是世界上第一架同时具有单次AF和连续AF两种方式的AF单反机。尽管这两种方式均不是Nikon发明的，Minolta α7000上有单次AF、α9000则有连续AF，要加上专用马达卷片器后才能具备两种AF方式。
在AF系统方面，F-501并没有超过α7000，它的AF检测范围是较窄的。使用光圈大于或等于f/2.8的镜头时，检测范围为EV4-EV17；而使用光圈在f/2.8～f/4.5之间的镜头时，检测范围只能达到EV5-EV18，而α7000的检测范围为EV2-EV19。在F-501推出时，NikonAF系列镜头中，只有定焦镜头的光圈大于或等于f/2.8，也就是说，使用变焦镜头时，AF检测范围为EV5-EV18。这是由于采用亨尼威尔的TCL系统所致。
F-501最为成功的是其镜头卡口的设计。该卡口只是原来AI卡口的改进型，原来的70多种尼柯尔和E系列镜头(即1956年以来生产的)全部能用于新型的AF卡口。这是一件非常了不起的事情。尼柯尔系列镜头以其优异的光学质量享誉摄影界，Nikon公司不想也不可能将原有的镜头统统放弃，再重新设计一系列的AF镜头。Minolta和Canon因放弃原有的手动聚焦镜头卡口而遭到许多用户的反对，相比之下，Nikon的新型卡口就要优越得多。因为Nikon的摄影器材系统性和连续性极强，这也是许多用户对Nikon的信心所在。
但Nikon的新型AF卡口并非完美无缺，它虽然保住了原有的镜头，但将手动聚焦镜头用于F-501(及以后的所有AF单反机)上时，就不能使用程序自动曝光方式，对测光方式的选用亦有限制，如不能使用Nikon著名的矩阵式测光方式等，照相机的功能不能得到充分地发挥。无论如何，它总要比Minolta和Canon公司的做法要强得多，但与后来的PentaxAF卡口相比，又要稍逊一筹。
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曝光模式控制转盘，有三种P模式：
高速HI、正常P和双程序P DUAL，
右边是F501的程序线 |
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