C-17C-17採用大型運輸機常規布局。機翼為懸臂式上單翼，前緣後掠角25°，NASA翼梢小翼高2.90米。懸臂式T形尾翼。垂直安定面與機身連線處向前伸有小背鰭，嵌入式方向舵分為上、下兩段，升降舵分為兩段。液壓可收放前三點式起落架，可靠重力應急自由放下。前起落架為雙輪，主起落架為6輪。前起落架向前收入機身，主起落架旋轉90°向里收入機身兩側整流罩內。可在鋪設與未鋪設的跑道上使用。起落架裝有碳剎車裝置。
C-17剛一出現就憑藉先進性能，創造了許多世界航空記錄。C-17運輸機曾在1993～1994年在貨運類別中22次創造了爬高和速度記錄，這次又刷新了這兩項記錄並創造了11項新記錄。2001年底，C-17在美國愛德華茲空軍基地創造了13項航空新記錄。新記錄有待美國國家航空協會鑑定確認。最近創造的記錄是：·裝載1000～40000千克有效載荷達到最大高度；·無有效載荷達到最大高度；·裝載最大有效載荷飛到2000米；·無有效載荷、穩定持久平飛達到最大高度。
為了使C-17研製計畫減少技術風險，麥道公司最大限度地利用經過論證或已經掌握的先進技術。如C-17沿用了DC-10飛機採用的先進複合材料結構和翼梢小翼技術；發動機是波音757飛機上用的PW2040的發展型；採用了MD-11、F-18和波音757/767飛機上使用的先進座艙；特別是在YC-15飛機上驗證過的吹氣襟翼技術、超臨界翼型、反推力裝置和平視顯示儀等。
吹氣襟翼是一種增升措施，把發動機噴氣引向雙縫襟翼，達到增加升力的效果，使飛機能進行大角度低速進場，在日常短距著陸時可以獲得著陸速度。發動機排氣流區的大範圍襟翼用於起飛和著陸，使C-17飛機將C-5飛機的載重能力與C-130飛機的短距起落能力結合起來。
C-17空中不加油時，轉場航程可達8700公里。C-17的動力裝置為普惠公司的F-117-PW-100發動機(左圖)，就是波音757飛機用的PW2037的軍用型，每台靜推力185.5千牛。它與民用型發動機的差別是其反推力噴氣流是向前上方噴出的，因此不會吹起地面的砂石與塵土。這是因為設計要求C-17能降落在場地條件很差，野戰機場上往往遍布沙子、礫石。
C-17飛機的機組只需3個人，即正副駕駛員和貨物裝卸員。用人如此少，因為座艙採用先進數字式航空電子系統，包括4個陰極射線管顯示器和兩個通用電氣公司電子部的平顯儀，集中顯示各種信息，減輕了駕駛員的工作負擔。機上採用通用電氣公司的數字式電傳操縱系統、漢尼韋爾公司的複式大氣數據計算機。發動機以及飛行操縱數據也可由多功能顯示器顯示。導航通信可全頻率調諧。任務和通信顯示器具有頻率和頻道預先存儲能力，它既可人工操縱又可使用預先編好程式的磁帶來改變正在進行的飛行計畫而不干擾導航系統。採用特里達因公司的操縱警告系統，主警告器可自動提供主系統的監控，並可在顯示屏上顯示可見監控信號，還可在機內通話系統中發出聲響或語音信號。另外裝有德爾科電子公司的航空電子設備，包括任務計算機和電子操縱系統；漢密爾頓標準公司的飛機和發動機數據管理系統計算機；漢尼韋爾公司的自動測試設備和輔助系統數據採集和控制系統；特列豐尼克公司的無線電管理系統。除了正常的飛行信息外，顯示系統還可提供飛機各系統的狀態、必要的應急程式和常規的檢查項目表等。下圖為C-17座艙，注意兩個平顯。
C-17的主起落架有22個輪子。該機最窄可在18.3米寬的跑道上起落，能在90×132米的停機坪上運動，在27.5米寬的跑道上就可以完成180`的轉彎。
C-17容戰略和戰術空運能力於一身。在貨艙設計上，儘管C-l7外形尺寸和C-141差不多。但其貨艙尺寸卻與外形尺寸比C-17大的C-5“銀河”相當。按能在貨艙中兩排布置6輛卡車的要求，貨艙寬度為5.48米，長26.82米，高3.76米。吉普車可3輛並列，也可裝運3架AH-64攻擊直升機。各種被空運的車輛可直接開入艙內。機艙中心線和機艙兩壁可裝摺疊式座椅。空投能力包括空投27215～49895千克貨物，或空降102名傘兵。為了裝載陸軍最重的裝備——55噸重的M1主戰坦克，貨艙地板由鋁合金縱梁加強，達到了60噸的最高承載能力。有訊息說，陸軍最新的62噸的M1A2型主戰坦克也可順利承載。地板上布置了系留環、導軌、滾珠、滾棒系統等設施，這些設施延伸到可在飛行中放下的貨橋上，貨橋上有貨物降落傘拽出裝置。每個系留環可承受11340公斤拉力。機尾裝貨平台可承重18150千克。機身尾部兩側各有一跳傘艙門。尾部機身頂上和機翼前的機身頂上分別有兩個水上降落應急出口。下圖為英國皇家空軍的C-17裝載一架卡車，可見C-17內部的寬敞。
C-17可實現大型裝備超低空傘降功能。C-17全機乘員3名：2名駕駛員，1名貨載員負責裝貨與卸貨。當該機運送兵員時，可在貨艙的每一側布置27個可摺疊式座椅，機身中部還可安排48個座椅。總計102名全副武裝的士兵。在執行救護任務時，C-17可裝載48副擔架及醫務人員。在C-17的貨艙里，美國陸軍的裝甲車可以裝兩列，吉普車可以並排裝三列。C-17還是唯一能空投大型火力裝備的飛機，如陸軍的新型步兵戰車，一次裝3輛。
C-17能把目前只有C-5才能承擔的大型裝備的空運能力，和只有C-130才具備的短距跑道起落的能力結合在一起。據介紹目前世界上能起落C-5這樣的大型運輸機的機場只有850個，而能使用C-17的機場有上萬個，這將大大加強空中部署的機動性。
麥道公司曾作過一次分析，美國為了把兩個師運到外國某作戰地點，目前需要C-141運輸機飛497架次，先運到條件較好的後方機場，然後再用 C-130運輸機飛1177架次，轉運到前沿機場。而同樣的任務，如果使用C-17，則只需要260架次，不需轉運。由於能空中加油，因此也不要中途著陸。
綜上所述，C-17是一種比較先進的新一代軍用運輸機，與任何一種新的飛機一樣，C-17在發展過程中也遇到不少困難。首先是第一架飛機比預定計畫晚了四個月，這主要是由於電傳操縱的計算機軟體發展遇到了困難。隨後飛機又超重，迫使空軍將其航程從9110公里減少到8704公里。國會又一再削減經費，1991年最後由國防部部長拍板的訂貨數從原來的210架減少為120架。
幾經波折C-17原型機(編號T-1，87-0025)終於在1991年9月15日首飛。第一架生產型飛機也於1992年5月18日上天。隨著試飛結束，將轉入批生產，麥道公司計畫每年至少生產12架C-17。93年2月5日，美國中軍宣布給C-17冠以“環球空中霸王III”的名字，這是因為在40年代未，道格拉斯公司生產了C-74(環球空中霸王I)與C-124(環球空中霸王II)。美國空運司令部前司令漢斯福特·詹森將軍在國會軍事委員會上說，如果1991年海灣戰爭時空軍已裝備了C-17的話，則可以提高20％～35％的運送裝備與士兵到戰場的速度。由此可見，雖然前蘇聯已經解體，柯林頓又銳意削減軍費，C-17計畫仍舊得以保存是有其理由的。
近年來，C-17比較引人注目的一次飛行，是將在前南飛機失事而喪生的前美國貿易部部長布朗的遺骸運回本土。
2001年6月28日，波音公司向英國政府交付了首批四架中的兩架C-17。英國是首家C-17外國客戶。英國並非購買C-17，而是採用租用方式，租期7年。契約明確規定不論任何原因，如果英國損失了C-17，必需按契約對波音公司進行賠償。這一方式也是以往軍用採購中所罕見的。C-17將布置在英國最大的作戰基地布萊茲諾頓。該基地建造了能容納5架C-17飛機的巨大機庫。作為與波音和美國空軍簽定契約的一部分，英軍第一批四名飛行員和四名裝卸長從年初開始，在俄克拉何馬州的阿爾特斯空軍基地進行模擬和作戰飛行培訓。
目前潛在的客戶還包括日本和沙特。分析家稱如果日本改動憲法，開始執行各種國外的軍事任務，可能採購C-17。沙烏地阿拉伯作為傳統的美國武器進口國，也可能青睞C-17。
2002年初，美國與波音公司接近達成60架C-17S運輸機契約。但因為美軍對空軍運輸機的商業化運作的可行性進行研究，契約暫停簽署。原契約總值估計在90億美元以上，計畫年產15架C-17S，最終使空軍的現役運輸機達到180架。下一批交付的C-17S將略有改進，包括改進副油箱、最新的全球空中交通管理裝置和氣象雷達等。對於商業化運作的考慮，空軍正與波音公司研究是否可能生產運營10架BC-17X型商用運輸機，平時作為商用，戰時可立即徵調入現役部隊。
2002年6月美國空軍開始計畫在夏威夷和阿拉斯加的兩個空軍基地部署C-17，各布置8架，以加強太平洋空軍的新型空運能力。以太平洋為基地的C-17運輸機能根據戰略空運需要，在24小時之內趕往太平洋的任何地區。司令部認為部署需要大約4到4.25億美元，同時需要增加兩個基地的人員。今年審查之後將決定需要的資金和人員，資金在2004財年到2007財年到位，飛機最早在2006財年交付。
2002年8月，波音公司獲得國防部總額達97億美元的訂貨契約，用於生產60架C-17運輸機，在2008年以前交付。由於美國民用航空業境況不佳，訂貨數量急劇減少，波音的商用航空業務也受到了極大影響。911事件以來，該公司的產量削減了一半。波音已向大約3萬名工作人員發出了解僱通知單，因此波音一直急於得到這份契約。同時漢密爾頓·桑得斯特蘭德公司從波音公司獲得一項總額9000萬美元的契約，為新生產的C-17提供飛行系統，將提供電源系統、衝壓空氣渦輪應急動力系統、發動機電子控制裝置、燃油流量表以及飛機/推進數據管理計算機。此外，該公司還製造該機的主燃油泵。
2003年1月美空軍加快實施為C-17運輸機安裝新型飛彈防禦系統的項目，為12架C-17安裝諾·格公司大型運輸機紅外干擾（LAIRCM）系統。原計畫於2006年完成，目前已經提前到2004年3月完成。C-17已經裝有用於對抗紅外製導飛彈的AN/ALE-47干擾系統，得到LAIRCM後將更加安全可靠。諾·格公司將確保大型運輸機紅外干擾（LAIRCM）系統與ALE-47兼容，並能與之聯合使用。ALE-47系統由BAE系統公司製造，它可以利用可程式的誘餌對抗所有的紅外和雷達制導飛彈威脅。計畫還將在79架C-17和C-130上安裝該系統。最後美國900多架空中機動指揮飛機也將安裝大型運輸機紅外干擾（LAIRCM）系統。首架安裝LAIRCM系統的C-17運輸機將在今年夏天推出，全部完成將在2004年3月。契約將由兩部分組成，第一部分價值1840萬美元將給予波音公司。契約的第二部分價值720萬美元，將授予諾·格公司。諾·格公司將負責儘快為C-17運輸機設計、開發、測試和交付紅外干擾能力。LAIRCM項目不包括商業套用，美國將採用其他方法保護商用客機免遭例如以色列客機所遭受的攻擊。
基本技術數據
翼展50.29米
機長53.04米
機高16.79米
機翼面積353.0平方米
前緣後掠角25度
貨艙26.82米×5.49米×4.11米(長×寬×高)
容積592立方米
使用空重125645千克
最大載重77292千克
最大起飛重量265352千克
巡航速度M0.77(高度8535米)
低空巡航速度648千米/小時
海平面空投速度213～463千米/小時
進場速度213千米/小時
實用升限13715米
起飛場長2286米
著陸場長915米(使用反推力裝置)
航程4630千米
