C-17A
C-17采用大型运输机常规布局。机翼为悬臂式上单翼，前缘后掠角25°，NASA翼梢小翼高2.90米。悬臂式T形尾翼。垂直安定面与机身连接处向前伸有小背鳍，嵌入式方向舵分为上、下两段，升降舵分为两段。液压可收放前三点式起落架，可靠重力应急自由放下。前起落架为双轮，主起落架为6轮。前起落架向前收入机身，主起落架旋转90°向里收入机身两侧整流罩内。可在铺设与未铺设的跑道上使用。起落架装有碳刹车装置。
C-17刚一出现就凭借先进性能，创造了许多世界航空记录。C-17运输机曾在1993～1994年在货运类别中22次创造了爬高和速度记录，这次又刷新了这两项记录并创造了11项新记录。2001年底，C-17在美国爱德华兹空军基地创造了13项航空新记录。新记录有待美国国家航空协会鉴定确认。最近创造的记录是：·装载1000～40000千克有效载荷达到最大高度；·无有效载荷达到最大高度；·装载最大有效载荷飞到2000米；·无有效载荷、稳定持久平飞达到最大高度。
C-17飞机的机组只需3个人，即正副驾驶员和货物装卸员。用人如此少，因为座舱采用先进数字式航空电子系统，包括4个阴极射线管显示器和两个通用电气公司电子部的平显仪，集中显示各种信息，减轻了驾驶员的工作负担。机上采用通用电气公司的数字式电传操纵系统、汉尼韦尔公司的复式大气数据计算机。发动机以及飞行操纵数据也可由多功能显示器显示。导航通信可全频率调谐。任务和通信显示器具有频率和频道预先存储能力，它既可人工操纵又可使用预先编好程序的磁带来改变正在进行的飞行计划而不干扰导航系统。采用特里达因公司的操纵警告系统，主警告器可自动提供主系统的监控，并可在显示屏上显示可见监控信号，还可在机内通话系统中发出声响或语音信号。另外装有德尔科电子公司的航空电子设备，包括任务计算机和电子操纵系统；汉密尔顿标准公司的飞机和发动机数据管理系统计算机；汉尼韦尔公司的自动测试设备和辅助系统数据采集和控制系统；特列丰尼克公司的无线电管理系统。除了正常的飞行信息外，显示系统还可提供飞机各系统的状态、必要的应急程序和常规的检查项目表等。
C-17的主起落架有22个轮子。该机最窄可在18.3米宽的跑道上起落，能在90×132米的停机坪上运动，在27.5米宽的跑道上就可以完成180`的转弯。
C-17容战略和战术空运能力于一身。在货舱设计上，尽管C-l7外形尺寸和C-141差不多。但其货舱尺寸却与外形尺寸比C-17大的C-5“银河”相当。按能在货舱中两排布置6辆卡车的要求，货舱宽度为5.48米，长26.82米，高3.76米。吉普车可3辆并列，也可装运3架AH-64攻击直升机。各种被空运的车辆可直接开入舱内。机舱中心线和机舱两壁可装折叠式座椅。空投能力包括空投27215～49895千克货物，或空降102名伞兵。为了装载陆军最重的装备——55吨重的M1主战坦克，货舱地板由铝合金纵梁加强，达到了60吨的最高承载能力。
新的62吨的M1A2型主战坦克也可顺利承载。地板上布置了系留环、导轨、滚珠、滚棒系统等设施，这些设施延伸到可在飞行中放下的货桥上，货桥上有货物降落伞拽出装置。每个系留环可承受11340公斤拉力。机尾装货平台可承重18150千克。机身尾部两侧各有一跳伞舱门。尾部机身顶上和机翼前的机身顶上分别有两个水上降落应急出口。下图为英国皇家空军的C-17在伊拉克战争期间，以及其装载一架卡车的情景，可见C-17内部的宽敞。
C-17可实现大型装备超低空伞降功能。C-17全机乘员3名：2名驾驶员，1名货载员负责装货与卸货。当该机运送兵员时，可在货舱的每一侧布置27个可折叠式座椅，机身中部还可安排48个座椅。共计102名全副武装的士兵。在执行救护任务时，C-17可装载48副担架及医务人员。在C-17的货舱里，美国陆军的装甲车可以装两列，吉普车可以并排装三列。
C-17还是唯一能空投大型火力装备的飞机，如陆军的新型步兵战车，一次装3辆。
C-17能把目前只有C-5才能承担的大型装备的空运能力，和只有C-130才具备的短距跑道起落的能力结合在一起。据介绍目前世界上能起落C-5这样的大型运输机的机场只有850个，而能使用C-17的机场有上万个，这将大大加强空中部署的机动性。麦道公司曾作过一次分析，美国为了把两个师运到外国某作战地点，目前需要C-141运输机飞497架次，先运到条件较好的后方机场，然后再用 C-130运输机飞1177架次，转运到前沿机场。而同样的任务，如果使用C-17，则只需要260架次，不需转运。由于能空中加油，因此也不要中途着陆。
综上所述，C-17是一种比较先进的新一代军用运输机，与任何一种新的飞机一样，C-17在发展过程中也遇到不少困难。首先是第一架飞机比预定计划晚了四个月，这主要是由于电传操纵的计算机软件发展遇到了困难。随后飞机又超重，迫使空军将其航程从9110公里减少到8704公里。国会又一再削减经费，1991年最后由国防部部长拍板的订货数从原来的210架减少为120架。
17原型机(编号T-1，87-0025)终于在1991年9月15日首飞。第一架生产型飞机也于1992年5月18日上天。随着试飞结束，将转入批生产，麦道公司计划每年至少生产12架C-17。93年2月5日，美国中军宣布给C-17冠以“环球空中霸王III”的名字，这是因为在40年代未，道格拉斯公司生产了C-74(环球空中霸王I)与C-124(环球空中霸王II)。美国空运司令部前司令汉斯福特·约翰逊将军在国会军事委员会上说，如果1991年海湾战争时空军已装备了C-17的话，则可以提高20％～35％的运送装备与士兵到战场的速度。由此可见，虽然前苏联已经解体，克林顿又锐意削减军费，C-17计划仍旧得以保存是有其理由的。近年来，C-17比较引人注目的一次飞行，是将在前南飞机失事而丧生的前美国贸易部部长布朗的遗骸运回本土。
2001年6月28日，波音公司向英国政府交付了首批四架中的两架C-17。英国是首家C-17外国客户。英国并非购买C-17，而是采用租用方式，租期7年。合同明确规定不论任何原因，如果英国损失了C-17，必需按合同对波音公司进行赔偿。这一方式也是以往军用采购中所罕见的。C-17将布置在英国最大的作战基地布莱兹诺顿。该基地建造了能容纳5架C-17飞机的巨大机库。作为与波音和美国空军签定合同的一部分，英军第一批四名飞行员和四名装卸长从年初开始，在俄克拉何马州的阿尔特斯空军基地进行模拟和作战飞行培训。
目前潜在的客户还包括日本和沙特。分析家称如果日本改动宪法，开始执行各种国外的军事任务，可能采购C-17。沙特阿拉伯作为传统的美国武器进口国，也可能青睐C-17。
2002年初，美国与波音公司接近达成60架C-17S运输机合同。但因为美军对空军运输机的商业化运作的可行性进行研究，合同暂停签署。原合同总值估计在90亿美元以上，计划年产15架C-17S，最终使空军的现役运输机达到180架。下一批交付的C-17S将略有改进，包括改进副油箱、最新的全球空中交通管理装置和气象雷达等。对于商业化运作的考虑，空军正与波音公司研究是否可能生产运营10架BC-17X型商用运输机，平时作为商用，战时可立即征调入现役部队。
2002年6月美国空军开始计划在夏威夷和阿拉斯加的两个空军基地部署C-17，各布置8架，以加强太平洋空军的新型空运能力。以太平洋为基地的C-17运输机能根据战略空运需要，在24小时之内赶往太平洋的任何地区。司令部认为部署需要大约4到4.25亿美元，同时需要增加两个基地的人员。今年审查之后将决定需要的资金和人员，资金在2004财年到2007财年到位，飞机最早在2006财年交付。
2002年8月，波音公司获得国防部总额达97亿美元的订货合同，用于生产60架C-17运输机，在2008年以前交付。由于美国民用航空业境况不佳，订货数量急剧减少，波音的商用航空业务也受到了极大影响。911事件以来，该公司的产量削减了一半。波音已向大约3万名工作人员发出了解雇通知单，因此波音一直急于得到这份合同。同时汉密尔顿·桑得斯特兰德公司从波音公司获得一项总额9000万美元的合同，为新生产的C-17提供飞行系统，将提供电源系统、冲压空气涡轮应急动力系统、发动机电子控制装置、燃油流量表以及飞机/推进数据管理计算机。此外，该公司还制造该机的主燃油泵。
2003年1月美空军加快实施为C-17运输机安装新型导弹防御系统的项目，为12架C-17安装诺·格公司大型运输机红外干扰（LAIRCM）系统。原计划于2006年完成，目前已经提前到2004年3月完成。C-17已经装有用于对抗红外制导导弹的AN/ALE-47干扰系统，得到LAIRCM后将更加安全可靠。诺·格公司将确保大型运输机红外干扰（LAIRCM）系统与ALE-47兼容，并能与之联合使用。ALE-47系统由BAE系统公司制造，它可以利用可编程的诱饵对抗所有的红外和雷达制导导弹威胁。计划还将在79架C-17和C-130上安装该系统。最后美国900多架空中机动指挥飞机也将安装大型运输机红外干扰（LAIRCM）系统。首架安装LAIRCM系统的C-17运输机将在今年夏天推出，全部完成将在2004年3月。合同将由两部分组成，第一部分价值1840万美元将给予波音公司。合同的第二部分价值720万美元，将授予诺·格公司。诺·格公司将负责尽快为C-17运输机设计、开发、测试和交付红外干扰能力。LAIRCM项目不包括商业应用，美国将采用其他方法保护商用客机免遭例如以色列客机所遭受的攻击。
波音公司还宣称，西班牙空军一直以来都在考虑用C-17执行飞赴阿富汗等超远程重载运输任务，尽管它是A400M的关键参与国之一，并在塞维尔（Seville）建有其总装厂。北约组织也是潜在客户，其有的成员国可能会总共承诺购买2～4架，也可能是整个组织承诺购买8架。最近有数个北约成员国签署了"战略空运过渡性解决方案"（Strategic Airlift Interim Solution，SALIS），采用安-124战略运输机来满足战略空运。由于普京政府宣称，若北约使用该机执行与俄罗斯战略利益相冲突的任务，那么它可能会禁止该机为北约服务。因此，波音认为C-17有机会。在波音看来，甚至连法国和德国也是C-17的潜在客户。两国国内目前存在是否不采用A400M，而采用机队规模更小、但载荷和航程更大的运输机机队。但是，近期的政治压力将保护A400M项目，在短期内两国不可能做出任何承诺。但波音公司官员指出，两国每年都要花费可观的钱租用大型运输机，最终它们有可能购买或者租赁C-17。波音还在与海外潜在客户探讨是否可发展C-17的民用型BC-17，其头缀中的"B"代表波音民机产品，如同B737、B777、B787。但鲍曼表示，客户方和投资者目前还未解决资金困难的问题。归根结底，正如一名波音官员所言，C-17项目的远期状况仍取决于美国国内。维持该机生产线的一个选择是放慢生产速度，但这将导致出厂单价上涨。按鲍曼的说法，该机生产线的最低生产速率并没有实际限制，但如果生产率由目前最优的每年15架减少到大约8架，则其出厂单价将上涨25%。迄今，美国和英国是该机仅有的两个客户，已分别接收了152架和4架。波音将在7月17日向美军交付首架第17批次C-17，它将部署到夏威夷的希卡姆空军基地（Hickam AFB），成为部署该基地的第8架C-17。这一批次的C-17安装了一台可预报风切变的气象雷达、新的平尾支撑、机载制氧系统和增强的全球空中交通管制设备。往后的第18批次以及其他升级考虑包括采用新的主处理机，提高计算能力和存储器容量；在座舱接收敏感情报，增强机组成员的态势感知和威胁告警能力等。美空军已承诺对早期C-17进行升级，使所有的飞机都保持相同的技术状态。
2006年7月，由于到6月没有获得希望的订货承诺，波音公司官员称，将推迟到8月份决定是否关闭其C-17运输机生产线。波音官员上月发动媒体攻势称，他们只能保证在6月国际客户购买C-17的单价为2.2亿美元。现在他们考虑将该报价保持到8月。自今年年初开始，波音就以公司资金维持着该生产线的运转，并已经开始了超出目前订货近24架的无特定用户的飞机（white tails）的制造工作，以等待国际订货和美国空军的可能订货。美国空军去年决定不在180架购买计划的基础上增加订货，迫使波音寻找国际买家。空军已接收152架C-17。目前，加拿大已签约作为其规模巨大的飞机替换项目一部分购买4架该运输机。拥有4架C-17的英国已承诺购买第5架飞机，澳大利亚也希望购买4架。另外美国空军可能购买3架。波音希望到8月能得到NATO的订货承诺，因为后者有远期战略运输需求。但是NATO预计只会购买最多4架飞机。如果到8月仍未有订货，波音高层官员将重新考虑是否继续为该生产线投资。波音已将此次延期和生产线可能关闭事宜告知其供应商。C-17高层供应商包括提供发动机的普·惠公司、提供数据管理和显示系统的霍尼韦尔公司以及提供飞行翼面、机翼和尾翼部件的沃特（Vought）飞机工业公司。
2006年9月，据美国防务新闻网报道，在进行了为期6个月的会谈磋商之后，北约集团中的13个成员国最终决定共同斥资向美国波音公司购买C-17“环球霸王Ⅲ”运输机，以弥补北约联盟战略空运能力的不足。C-17是波音公司生产的军用战略战术运输机,可以将重型装备和人员直接输送到任务需要的全球任何地点。北约秘书长夏侯雅伯在9月12日宣布的合同意向书 (LOI)中指出，首批将至少采购4架C-17型运输机，首架订于2007年年中交付使用。夏侯雅伯并向记者表示：“我认为这是一个重大突破。北约必须加强远征作战战备能力，而这次迈出了很好的一步。”参与签署合同意向书的13个国家包括美国、意大利和荷兰等。新机将交给位于德国拉姆斯泰因空军基地的北约技术装备保障机构--维护保养与补给局(NAMSA)使用和管理，北约预警机部队即由该局负责管理。目前NAMSA还在与波音公司商讨为C-17配备武器系统等相关事宜。北约并在声明中强调，13国使用这些战机时必须出于国家需要，或者执行北约行动，以及执行欧盟或联合国等其它国际任务，如人道主义空运和灾难救助等。北约和波音方面都拒绝透露这项合同的预算费用情况。
2006年11月,为进一步扩展C-17飞机的能力，C-17综合试验队的人员正在开展分成4个阶段的试验项目，确定C-17在未铺筑地面的起飞与着陆性能。通过试验将了解C-17在干、湿和泥泞跑道条件下在未铺筑跑道（dirt runway）起降的情况。第1阶段试验从9月至11月在加州Fort Hunter Liggett开展，试验内容是验证C-17在不对跑道状态进行修缮条件下的着陆性能。试验首先在一块干着陆区开始，试验中不对跑道进行再次修缮或准备以观察其能支持多架飞机快速投入作战的能力。然后试验人员逐渐增加跑道的湿度，检验其对飞机刹车作用的影响。第2阶段计划12月初在爱德华兹空军基地进行试验。第3和第4阶段试验分别在阿肯色州Fort Chaffee和威斯康星州Fort McCoy进行。项目官员称所有4个阶段的试验将在2007年11月结束。
2006年12月，澳大利亚采购的4架C-17当中的首架已于12月4日抵达澳大利亚。该机将装备部署在布里斯班附近的Amberly皇家空军基地的第36中队。澳大利亚该项采购项目总值为16亿美元，其余3架飞机将于2008年前交付。该部队的指挥官为女性。
2006年12月，美国空军授予波音公司一份采购10架18批次C-17飞机的合同，合同价值为20亿美元。波音公司称，这笔合同加上最近的C-17国际订货将有可能使该运输机的生产线延长至2009年末。这10架飞机采购合同是原来订购的180架C-17飞机的延续。这次20亿美元中有9.8亿是债务。据五角大楼称，这项工作将于2009年10月完成。波音公司发言人称，波音很高兴与美国空军就合同达成协议，10架新C-17投资划归到2007财年防务清单中。他们希望2007年与空军一道确定合同的最终条款。国会批准对这些飞机的投资是他们对C-17在全球反恐战争和世界范围内提供人道主义救援的重要作用的认可。今天宣布合同中的飞机将在2009年末之前交付。这10架飞机已经包括在波音公司的C-17生产计划中，不会改变C-17未来的交付前景。加之最近C-17获得的国际订单，这10架飞机订单可能已使C-17生产线延长至2009年末。波音公司发言人称，他们希望继续与国会和空军合作，确保C-17成为今天和未来空运的重要组成部分。
2007年2月，波音与国防部持续合作的C-17 "环球霸王"（Globemaster） III项目在2006年的能执行任务率（MCR）达85.4%，其中包括2006年开始的150架，以及年末增加到的165架C-17。2005财年的能执行任务率为83.2%，2006年超过了2005年，增长了2.2%。C-17项目2007年的能执行任务率目标是87.5%。"环球霸王"III 持续合作项目始于2004年，为期5年。通过与空军的这种公私合作方式，波音公司在性能持续改进的基础上获得利益。波音公司称，它的执行任务率提高基于三个主要因素：波音公司在遥远的前线部署了野战勤务工程师提供专业技术服务；为空军后勤中心提供精益培训，以完成驻地检查，从而减少了维修调查的停工期16%；针对前40个不能执行任务率的主导项目，提供了74项改进计划。据波音发言人称，波音公司还有15项计划也在进行中，并确定了另外14项可以执行的计划。该持续合作项目是波音公司努力形成的基于性能后勤保障的一种模式。波音负责补给保障、供应商管理、技术手册支持、维修、改型和升级、后勤服务和野外保障。它管理着C-17中95%的可修理零件，并实现了大约92%的交付速度。