機體設計發展自波音367-80-原型機，與波音707客機可稱為姐妹機種。 可在機翼和機身的地板槽中容納計88.452噸（115,562ℓ）的飛行燃料，總有效載荷為38噸（最大）供其他飛機使用。

加油系統原採用飛椼式為主，後續機型已於翼端加裝Mk.32B（飛錨式）以適用各種飛行器，加油操作員的座位是在機身後部，使作業變得容易施行。

KC-135A的現代化計劃從[1970]年底實施。首先，[發動機]從PW JT3C J57改為PW JT3D渦扇引擎（TF33-PW-102軍用型號，推力8160KG）在[1982]年[1月]空軍國民警衛隊接收約160架的「KC-135E」。

R型現代化計「KC-135R」，發動機採用CFM國際公司的CFM56渦扇發動機（F108-CF-100軍用型號，推力9980KG），燃料載量添加計算輔助電腦APU，1984年 6月開始交付美國空軍，

The Boeing KC-135 Stratotanker is a military aerial refueling aircraft. It and the Boeing 707 airliner were developed from the Boeing 367-80 prototype. The KC-135 was the US Air Force's first jet-powered refueling tanker and replaced the KC-97 Stratotanker. The KC-135 was initially tasked to refuel strategic bombers, but was used extensively in the Vietnam War and later conflicts such as Operation Desert Storm to extend the range and endurance of US tactical fighters and bombers