W 1946 r. firma Boeing Airplane Company podjęła prace studialne nad pasażerskim samolotem o napędzie odrzutowym. Projekt opracowywany na własne ryzyko i finansowany ze środków własnych, zakładał również budowę wersji transportowych, w tym przeznaczonej dla lotnictwa wojskowego. Nowy samolot oznaczono kryptonimem Boeing 367-80, co miało sugerować, że jest to nowa wersja Boeing 367 (oznaczenie wojskowe C-97A "Stratofreighter"). Boeing skupił się w pierwszym rzędzie na opracowaniu powietrznego tankowca. Firma argumentowała, że będzie on niezbędny po wprowadzeniu do służby nowych bombowców strategicznych Boeing B-52 "Stratofortress".

Pomimo odrzucenia w sierpniu 1951 r. propozycji przez USAF, w paździer­niku 1952 r. Boeing rozpoczął budowę prototypu. Tymczasem pierwsze wnioski z eksploatacji B-52 projektowanego z uwzględnieniem uzupełniania paliwa w powietrzu wykazały, że zbiornikowiec KC-97 z powodu zbyt małego pułapu i prędkości nie nadaje się do współpracy z nowym bombowcem. W związku z tym, w końcu 1953 r. Strategic Air Command (SAC) ogłosiło zapotrzebowanie na 200 tankowców o napędzie odrzutowym. Do konkursu rozpisanego przez USAF stanęły firmy: Do­uglas, Lockheed i Boeing.

15.07.1954 r. został oblatany prototyp Boeing 367-80. W na początku sierpnia 1954 r. SAC zdecydowało o zaku­pie 29 samolotów firmy Boeing, pod koniec sierpnia ogłoszono zamiar zakupu kolejnych 88 egz. Kontrakt potraktowano jako rozwiązanie tymcza­sowe, do momentu wprowadzenia do eksploatacji zwycięzcy konkursu.

Pierwszy egzemplarz powietrznego tankowca Boeing KC-135A "Stratotanker" (oznaczenie producenta Boeing 717-100), będący powiększoną wersją modelu 367-80, opuścił linię produkcyjną zakła­dów Boeing 18.06.1956 r. Pierwszy lot wykonał 31.08.1956 r. Dostarczony został 28.06.1957 r. do Castle Air Force Base w Kalifornii. Wersja pasażerska prototypu Boeing 367-80 otrzymała nazwę Boeing 707.

Warto nadmienić, że wybrany w październiku 1954 r. zwycięzcą konkursu projekt firmy Lockheed nie doczekał się realizacji.

Seryjne samoloty KC-135A napędzane były silnikami Pratt and Whitney J57-P-59W, załoga składała się z czterech osób: dwóch pilotów, nawigatora i operatora boomu. Zastosowano preferowany przez Amerykanów sztywny przewód do tankowania (flying boom for fuel transfer), który w porównaniu ze stosowaną w Europie (opracowaną przez brytyjską Flight Refueling Limited) metodą węża giętkiego pozwala na osiąganie więk­szych prędkości podczas przetaczania paliwa. Maksymalna ilość paliwa, którą "Stratotanker" może przekazywać tankowanym samolotom wynosi 100 800 dm³.

W latach 1957- 1965 US Air Force otrzymały 732 egz. KC-135A oraz dodatkowo 88 samolotów w 30 wersjach specjalnych (transportowe, rozpoznania elektronicznego, zwiadu fotograficznego, powietrzne stanowiska dowodzenia). USAF Military Air Transport Service (MATS) zamówiło samoloty transportowe C-135 jako rozwiązanie przejściowe do czasu dostaw Lockheed C-141 "Starlifter".

Wersje rozwojowe samolotu Boeing 717:
- KC-135A- wersja podstawowa napędzana silnikami Pratt & Whitney J57. Dostarczana USAF w latach 1957- 1965. Zbudowano 732 egz.,
- KC-135A "Relay"- 7 egz. KC-135A doposażone w aparaturę do retranslacji sygnałów,
- KC-135B-  powietrzny punkt dowodzenia, samolot zachował możliwość powietrznego tankowca, zbudowano 17 egz. W 1978 r. 2 egz. przebudowano na wersję EC-135B,
- KC-135D- powietrzny tankowiec, 4 egz. powstały w 1979 r. w wyniku modernizacji samolotów rozpoznania fotograficznego i transportowych RC-135A, silniki Pratt & Whitney JT3D,
- KC-135E- 161 egz. KC-135A po wymianie silników od 1981 r. na JT3D-3B (w wojsku TF33-P-102) pochodzące z komercyjnych samolotów Boeing 707,
- KC-135R - samoloty z silnikami F-108,
- KC-135R (pierwotne oznaczenie KC-135RE)- 432 egz. KC-135A/E po wymianie silników na GE/Snecma CFM-56-2B (w wojsku F108-CF-100), przebudowane w latach 1984- 2010. Cześć wyeksportowano do Francji, Turcji i Singapuru. 45 samolotów przystosowano do przeno­szenia podskrzydłowych zasobników Mark 32B do tankowania metodą węża giętkiego,
- KC-135R(RT) – 8 samolotów KC-135R mogących pobierać paliwo od innych powietrznych zbiornikowców przez przednie gniazdo do tankowania,
- KC-135R ("Porcupine")- samolot zwiadowczy, przeznaczony do rozpoznania fotograficznego i elektronicznego. Na początku lat 1960- tych do tej wersji zmodernizowano 5 egz. KC-135A. Służyły w 55 Rozpoznawczym Skrzydle Strategicznym do 1976 r.,
- KC-135Q - 56 egz. KC-135A przystosowanych do przewożenia paliwa JP-7 dla samolotów Lockheed SR-71 "Blackbird",
- KC-135T- 54 samoloty wersji KC-135Q zmodernizowane poprzez zmianę silników na CF-M56 (F-108). Obsługiwały również samoloty Lockheed F-117 "Nighthawk",
- C-135A "Stratolifter"- samolot transportowo- pasażerski z silnikami J-57-P-59W, bez instalacji do tankowania. W 1961 r. wyprodukowano 15 egz.,
- C-135B- samolot transportowo- pasażerski z silnikami Pratt & Whitney TF-33-P-56. W latach 1961- 1962 wyprodukowano 30 egz.,
- C-135B T/RIA- 4 samoloty C-135B przystosowane do telemetrii. Otrzymały duży kolisty nos, identyczny jak w EC-135N,
- C-135C- samoloty WC-135B po powrocie do Military Airlift Command (MAC) jako transportowce, samoloty zachowały gniazdo do tankowania,
- C-135F- powietrzny tankowiec i transportowiec, wersja eksportowa dla Francji. W latach 1963- 1964 wyprodukowano 12 egz.,
- C-135FR- oznaczenie 11 egz. C-135F po wymianie silników na CFM International CFM56 (F-108),
- EC-135A- 11 egz. KC-135A przebudowano w 1965 r. na powietrzne stanowiska dowodzenia (ABNCP-  Airborne Command Post) i jako retranslatory (przekaźniki radiowe). Początkowo sześć EC-135A pełniło jedynie funk­cję latających radiowych stacji przekaźnikowych,
- EC-135B- 2 zmodernizowane C-135B T/RIA, przeznaczone do telemetrii i wsparcia programu kosmicznego, 1978 r.,
- EC-135C "Looking Glass"- wersja ABNCP (Airborne Command Post)- samoloty peł­nią­ce funk­cję powietrz­nych sta­no­wisk dowo­dze­nia SAC (Strategic Air Command- Dowództwo Lotnictwa Strategicznego USAF) przeznaczona do dowodzenia strategicznymi siłami nuklearnymi. W latach 1963- 1964 wdrożono do służby 17 samolo­tów EC-135C (zmodyfikowane KC-135B), które były już pełnowymiarowymi platformami ABNCP. Na ich pokładach zainstalowano systemy ALCS (Airbome Launch Control System) pozwalające na zdalne odpa­lenie ICBM (Intercontinental Ballistic Missile-  rakietowy pocisk balistyczny międzykontynentalnego zasięgu). Do takiego samego standardu zmodyfi­kowano następnie sześć EC-135A,które oznaczono EC-135P. Trzy EC-135 (ALCC) pełniły dyżury cało­dobowe. Miały zapewniać łączność awaryjną pię­ciu z sześciu skrzydłom międzykontynentalnych pocisków balistycznych. Samolot nr 1 dyżurował w bazie Ellsworth AFB operując na rzecz skrzydeł ICBM z baz Ellsworth oraz F. E. Warren AFB w sta­nie Wyoming. Samoloty nr 2 i 3 operowały z bazy Minot AFB w Północnej Dakocie operując na rzecz skrzydeł międzykontynentalnych pocisków ICBM z baz Minot, Grand Forks AFB (również w Północ­nej Dakocie) oraz Malmstrom AFB w Montanie. Operację „Looking Glass" wspierały rów­nież samoloty EC-135G, EC-135H i EC-135L będące platformami przeznaczonymi głównie do odpalania międzykontynentalnych pocisków balistycznych- ALCC (Airborne Launch Control Center). Biorące udział w operacji Looking Glass samoloty EC-135 wszystkich wersji pełniły dyżury w powietrzu nieprzerwanie przez 29 lat, aż do 24.07.1994 r. W tym czasie wylatały ponad 281 tys. h. Od 1994 r. dyżury powietrzne zastąpiono całodobowymi dyżurami naziemnymi. W 1998 r. EC-135C zostały oficjalnie zastąpione przez samoloty E-6B "Mercury",
- EC-135E- dwa EC-135N przebudowano w 1981 r. do celów testowych,
- EC-135G- 4 egz. KC-135A jako retranslatory i Airborne Launch Control System (ALCS)- do odpalania i kierowania ICBM (bazujące w wyrzutniach lądowych pociski balistyczne dalekiego zasięgu),
- EC-135H- 5 egz. KC-135A przebudowanych na powietrzny punkt dowodzenia,
- EC-135H- 3 egz. KC-135B, powietrzny punkt dowodzenia SAC dla obszaru Pacyfiku,
- KC-135J- w połowie lat 1960- tych 3 egz. KC-135B zmodyfikowano do standardu KC-135J. Samoloty te pełniły funkcję powietrznych centrów dowodzenia dla prezydenta i władzy wyko­nawczej (NEACP- National Emergency Airborne Command Post). W ramach operacji Nightwatch KC-135J przez cały czas pozostawały w gotowo­ści w bazie Andrews AFB w stanie Maryland, aby w razie kryzysu ewakuować prezydenta i członków amerykańskiego rządu,
- EC-135K- 3 egz. KC-135A, powietrzny punkt dowodzenia dla myśliwców,
- EC-135L- 8 egz. KC-135A, powietrzne punkty dowodzenia i dozoru po ataku nuklearnym Post Attack Command and Control System (PACCS),
- EC-135N- 8 egz.  C-135A użytkowane jako Apollo Range Instrumentation Aircraft (ARIA) w programie kosmicznym Apollo od 1967 r. Służyły jako przekaźniki, odbierały sygnał z orbity i przekazywały do najbliższej stacji naziemnej. Od 1975 r. jako Advanced/RIA,
- EC-135P- 6 egz. (wg innych źródeł- 5 egz.) KC-135A, przebudowane do standardu EC-135C,
- EC-135Y- 1 egz. NKC-135A przebudowany w 1984 r. na punkt dowodzenia,
- NC-135A- 3 egz. C-135A przeznaczone do monitorowaniu prób broni nuklearnej. Zmodernizowane w 1963 r., pozostawały w eksploatacji do 1976 r.,
- NC-135W- pojedynczy egzemplarz, zmodyfikowany WC-135B, który wszedł do służby na początku lat 1990- tych. Służy jako samolot testowy wykorzystywany w procesie modernizacji wyposażenia RC-135V / RC-135W, RC-135U oraz RC-135S,
- NKC-135- 2 egz. KC-135A przeznaczone do testów elementów walki elektronicznej,
- NKC-135A Airborne Laser Lab- przebudowany KC-135 wykorzystywany w programie badawczym dotyczącym instalacji na samolocie lasera o dużej mocy jako broni. Samolot posiadał zamontowany na pokładzie 10,6 mikrometrowy laser na dwutlenku węgla. Próby samolotu były prowadzone w latach 1975- 1984. W ich trakcie zestrzelono pięć pocisków AIM-9 "Sidewinder" (pierwszy w maju 1983 r.) i trzech celów latających BQM-34A (wszystkie 26.09.1983 r.). Samolot wycofano z użytku w 1984 r.,
- NKC-135 "Big Crow"- oznaczenie dwóch samolotów NKC-135 przystosowane do testów elektronicznych. Samoloty te były również wykorzystywane jako latający cel podczas testów powietrznego lasera Boeing YAL-1,
- NKC-135A "Vomit Comet"- używany przez NASA Johnson Space Center's Reduced Gravity Office. Przeznaczony do badań oraz treningów astronautów w stanie nieważkości (uzyskiwanej dzięki specjalnej parabolicznej trajektorii lotu),
- NKC-135E- oznaczenie samolotów NKC-135 po wymianie silników,
- RC-135A- samolot służący do wykonywania zdjęć lotniczych. W 1965 r. zmodernizowano 4 egz. C-135, w kadłubach których zamontowano aparaty fotograficzne. Trafiły do 1370 Skrzydła Fotogrametrycznego. Ich zadania szybko zostały przejęte przez satelity wykonujące zdjęcia powierzchni ziemi i w 1972 r. samoloty wróciły do 55 Skrzydła gdzie pełniły zadania transportowe do 1978 r., kiedy to zmodyfikowano je do pełnienia roli latających tankowców pod oznaczeniem KC-135D,
- RC-135B- 10 samolotów C-135B przystosowanych do zadań rozpoznania radioelektronicznego. Weszły w skład 55 Strategic Reconnaissance Wing w latach 1964- 1965 i pozostawały w służbie do 1967 r. kiedy to zostały zmodyfikowane do wersji RC-135C. Samoloty były wyposażone w silniki Pratt & Whitney TF-33,
- RC-135C "Big Team"- wersja przystosowana do wykonywania misji ELINT (Electronic Intelligence), wywiad elektroniczny, rozpoznanie elektroniczne. W 1967 r. 10 egz. RC-135B zmodyfikowano do wersji RC-135C. Modyfikacja polegała na zainstalowaniu systemu AN/ASD-1 służącego do wykrywania i lokalizowania emisji elektronicznych przy pomocy bocznych paneli anten zamontowanych z przodu kadłuba na obu jego bokach. Samoloty posiadały również aparaty fotograficzne. Samoloty zostały użyte bojowo w działaniach nad Wietnamem. Na początku lat 1970- tych zmodernizowane zostały do wersji RC-135V (7 egz.),
- RC-135D "Office Boy" / "Rivet Brass"- 4 (wg innych źródeł- 3) samoloty będące zmodyfikowanymi wersjami KC-135A (wg innych źródeł- 1 KC-135A i 3 C-135A) z zamontowanym radarem obserwacji bocznej (SLAR- Side Looking Airborne Radar) oraz systemem nawigacyjnym LORAN. Samoloty po raz pierwszy weszły do użycia w 1962 r. Ich zadaniem było patrolowanie granic Związku Radzieckiego, brały również udział w operacjach prowadzonych nad Wietnamem,
- RC-135E "Lisa Ann" / "Rivet Amber"- pojedynczy samolot C-135B z zamontowanym potężnym matrycowo- fazowanym radarem (phased array radar) firmy Hughes Aircraft. Urządzenie mogło śledzić obiekty wielkości piłki futbolowej z odległości do 480 km a przeznaczone było głównie do monitorowania testów radzieckich pocisków balistycznych. Radar potrzebował ogromnych ilości energii dlatego też pod lewym skrzydłem samolotu zamontowano dodatkowy silnik turboodrzutowy General Electric J-85 a pod prawym wymiennik odprowadzający energię cieplną generowaną przez urządzenia znajdujące się na pokładzie. Samolot operował głównie z bazy Eareckson Air Station na Alasce. W 1969 r. podczas przelotu nad Cieśniną Beringa samolot zaginął wraz z całą załogą. W momencie wejścia do służby była to najdroższa maszyna US Air Force,
- RC-135M "Rivet Card"- 6 samolotów C-135B przystosowanych w 1967 r. do wykonywania misji ELINT oraz zadań COMINT czyli przechwytywania i lokalizacji obcych przekazów komunikacji radiowej. Terenem działań samolotów był Daleki Wschód, pacyficzne wybrzeże Związku Radzieckiego i Chin. Samoloty były również intensywnie wykorzystywane w działaniach podczas wojny w Wietnamie. Służyły w 55 Skrzydle do 1982 r. Zmodernizowane później do wersji RC-135W,
- RC-135S "Nancy Rae" / "Wanda Belle" / "Rivet Ball" / "Cobra Ball"- 3 samoloty KC-135A  (wg innych źródeł- 1 egz. KC-135A i 3 egz. C-135B) wyposa­żone w system RTOS (Real Time Optical System)- zestaw czujników elektrooptycznych, kamer termowizyjnych. Ich głównym zadaniem były monitorowanie lotów radzieckich pocisków balistycznych. Zbierały informację, na podstawie których określano parametry i dane techniczne radzieckich pocisków. Pierwszy został dostarczony w 1963 r. Załoga składa się z 2 pilotów, 2 nawigatorów, 2 inżynie­rów systemów pokładowych, minimum 10 operatorów EWO, oraz ewentualnie kilku kryptologów- lingwistów,
- RC-135T- był to pojedynczy KC-135T zmodernizowany w 1971 r. do pełnienia zadań rozpoznania radioelektronicznego uzupełniając flotę samolotów RC-135C / RC-135D / RC-135M. W 1973 r. przestał pełnić zadania operacyjne i stał się maszyną treningową dla załóg samolotów rozpoznawczych. W 1985 r. samolot poddano modyfikacji polegającej na zamontowaniu nowych silników Pratt & Whitney TF33-PW102. 25.02.1985 r. samolot uległ rozbiciu,
- RC-135U "Combat Sent"- były to 3 zmodernizowane w 1971 r. RC-135C przeznaczone do zwiadu elektronicznego (ELINT). (Wg innych źródeł- 2 egz. wykorzystywane m.in. do prób nowego wyposażenia). Podstawową misją samolotów "Combat Sent" jest wykrywania, rozpoznawania i rejestrowa­nia sygnałów emitowanych przez elektroniczne urządzenia wojskowe takie jak np. stacje radio­lokacyjne, transpondery czy systemy uzbrojenia. Załoga RC-135U składa się z 2 pilotów, nawigatora, 2 inżynierów systemów pokła­dowych, minimum 10 operatorów walki elek­tronicznej oraz kilku specjalistów- elektroników. W 1978 r. jeden RC-135U został zmodyfikowany do wersji RC-135V,
- RC-135V "Rivet Joint"- w latach 1973- 1976 do tej wersji zmodernizowano 7 samolotów RC-135C i w 1977 r. 1 egz. RC-135U w 1978 r. Wraz z RC-135W podstawowa platforma rozpoznawcza US Air Force. Samolot wyposażony w radar obserwacji bocznej. Przeznaczony do strategicznego rozpoznania radioelektronicznego obejmującego lokalizację i rozpoznanie emisji promieniowania elektromagnetycznego, emisji radiolokacyjnych, elektronicznych i komunikacyjnych. Załoga samolotów "Rivet Joint" składa się z 2- 3 pilotów, 1- 2 nawigatorów, minimum 3 operato­rów walki elektronicznej (EWO), 2 inżynierów systemów pokładowych, ok. 12 operatorów urzą­dzeń wywiadowczych,
- RC-135W "Rivet Joint"- 6 zmodernizowanych samolotów RC-135M oraz 3 egz. C-135B, samoloty pełnią te same zadania co wersja RC-135V- różnica pomiędzy wersjami jest czysto nomi­nalna. Pierwsze RC-135W zaczęły wchodzić do służby w listopadzie 1980 r. W latach 1998- 1999 wprowadzono zmodyfikowane samoloty transportowe C-135B, ostatni- dziewiąty RC-135W (były C-135B)- wszedł na wyposażenie 55. Skrzydła pod koniec 2006 r.,
- RC-135W "Air Seekers"- 3 egz. KC-135R przebudowane na samoloty rozpoznawcze przeznaczone dla Royal Air Force. Zastąpiły samoloty Hawker Siddeley "Nimrod" R.1,
- RC-135X "Cobra Eye"- pojedynczy C-135B zmodernizowany w 1999 r. (wg innych źródeł- w połowie lat 1980- tych), przeznaczony do monitorowania końcowej fazy lotu (powtórnego wejścia w atmosferę) międzykontynentalnych balistycznych pocisków rakietowych. W 1999 r. (wg innych źródeł- w 1993 r.) samolot zmodernizowano do wersji RC-135S,
- TC-135S- samolot treningowy, skonwertowany egzemplarz EC-135B, przeznaczony do szkolenia operatorów systemów rozpoznania radioelektronicznego. Powstał w celu zastąpienia utraconego w 1985 r. RC-135T. Później TC-135S został przemianowany na TC-135W,
- TC-135W- samolot treningowy, który miał pełnić rolę szkolnej plat­formy dla samolotów "Rivet Joint". W 1987 r. zmodernizowano 1 egz. C-135B, kolejny C-135B został zmody­fikowany w 2012 r. Aby ujed­nolicić flotę samolotów szkolnych również TC-135S został przemianowany na TC-135W,
- VC-135B- 4 samoloty KC-135A i 1 samolot C-135B dostosowane do transportu VIP,
- WC-135B- 10 egz. C-135B zmodyfikowanych i przeznaczonych do pobierania próbek powietrza, które później przekazywano do analizy w celu wykrycia ewentualnych cząstek, radioaktywnych. Samolot wdrożono w związku z podpisa­niem układ o zakazie prób broni jądrowej w atmos­ferze. Pierwszy dostarczony w 1965 r.,  
- WC-135C "Constant Phoenix"- jeden przebudowany EC-135C, odpowiednik WC-135W, silniki TF33-P9,
- WC-135W "Constant Phoenix"- 1 egz. zmodernizowany WC-135B (wg innych źródeł- zmodernizowano 2 egz. C-135B) do zbierania informacji o promieniowaniu radioaktywnym w czasie rzeczywistym, wprowadzone w związku z traktatem z 1963 r. o ograniczeniu prób atomowych, operacyjne od grudnia 1965 r., silniki TF33-P-5. Załoga mogła liczyć do 33 osób jednakże na czas misji ope­racyjnych redukowana jest do minimum (pilot, nawi­gator i kilku techników), po to aby jak najmniejszą liczbę osób narazić na ewentualne promieniowanie radioaktywne.,
- WC-135R "Constant Phoenix"- w 2018 r. USAF wystąpiły z propozy­cją opracowania na bazie 3 tankowców powietrznych KC-135R Block 45 trzech nowych samolotów "Constant Phoenix". Samoloty otrzymały oznaczenie WC-135R. Modyfikacja pierwszego samo­lotu miała rozpocząć się we wrześniu 2019 r. całością prac miałaby zająć się firma L3 Commu­nications. Po wdrożeniu trójki WC-135R samoloty WC-135C/W miały być wycofane ze służby.

W 1992 r. w Helsinkach został podpisany Traktat o otwartych przestwo­rzach (Treaty on Open Skies). Zakłada on udostęp­nienie przestrzeni powietrznej państw dla weryfiku­jących lotów przeprowadzanych przez nieuzbrojone samoloty zwiadowcze. W celu wykonywania posta­nowień traktatu Siły Powietrzne Stanów Zjednoczo­nych wydzieliły 3 samoloty typu WC-135B, które zmodyfikowano do standardu Boeing OC-135 "Open Skies".

W ramach programu wydłużania re­sursu płatowca, w latach 1975- 1988 do­konano wymiany poszycia skrzydeł na 746 egz. C-135 / KC-135. W 1980 r. rozpoczęto program moder­nizacji samolotów "Stratotanker" polegający na wymianie silników na produkowane przez CFM International (spółka firm SNECMA i General Electric) CFM 56-2B-I (oznaczenie wojskowe F-108-CF-100). Pierwszy lot z nowymi silnikami miał miejsce 4.08.1982 r. Pierwotnie zmodernizowane samoloty otrzymały oznaczenie KC-135RE, zmienione póź­niej na KC-135R. Dostawy samolotów z silnikami F-108 rozpoczęto w czerw­cu 1984 r. Dzięki nowym silnikom kosz­ty eksploatacji zmalały o 25%. Kontrakt obejmował modernizację 432 egz. Ostatecznie przebudowano 467 samolotów. Modernizacji uległa również awionika- samoloty otrzyma­ły nowe radary i GPS.

Począwszy od 1981 r. wymieniono sil­niki na 23 KC-135 i C-135 wersji spe­cjalnych oraz na 138 należących do Lot­niczej Gwardii Narodowej (ANG) oraz Rezerwy Wojak Lotniczych (USAFR). Nie użyto jednak silników CFM-56, a po­zyskanych z wycofywanych z użytku ko­mercyjnych Boeing 707 silników Pratt and Whitney TF-33-PW-102. W te same silniki wy­posażono w latach 1988- 1991 jeszcze 23 KC-135A. Po modernizacji zmienio­no oznaczenie na KC-135E.

W ramach programu Multi Point Refueling System 45 egz. KC-135 przystosowa­no do tankowania samolotów metodą węża giętkiego. W ten sposób umożliwio­no im zaopatrywanie w paliwo maszyn europejskich członków NATO i lotnic­twa US Navy.

We wrześniu 2004 r. w służbie pozostawało 235 egz. samolotów "Stratotanker" w United States Air Force, 220 egz. w Air National Guard i 75 egz. w Air Force Reserve.

Tankowce KC-135 wspierały amerykańskie lotnictwo w czasie wojen w Wiet­namie, nad Zatoką Perską, w czasie misji nad Bośnią, a także podczas operacji na Haiti. Wzięły również udział w operacjach w Afganistanie i Iraku.

Wyspecjalizowane samoloty rozpoznawcze: przeznaczone do strategicznego rozpoznania elektronicznego i komunikacyjnego (RC-135V/W oraz RC-135U), optycznego i elektronicznego monitorowania aktywności rakietowych pocisków balistycznych (RC-135S), badania po­ziomu radioaktywności powietrza (WC-135C/W) oraz wykonywania zdjęć lotniczych w ramach Traktatu o otwartych przestworzach (0C-135B), w większości weszły do służby w 55. Skrzydle Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych. Samoloty RC-135V/W, RC-135U oraz RC-135S regularnie pełnią służbę poza Stanami Zjedno­czonymi. Szczególnie dotyczy to RC-135V/W, które brały udział we wszystkich amerykań­skich operacjach wojskowych od łat 1980- tych.

RC-135V/W nieprzerwanie operowały na Bliskim Wschodzie od czasu pierwszej wojny w Zatoce Per­skiej do 2010 r. Podczas tego 20- letniego okresu wykonały ponad 8 tys. misji bojowych. Była to naj­dłuższa nieprzerwana dyslokacja w historii ame­rykańskich samolotów wojskowych. Ich obecność w regionie została zintensyfikowana również po roz­poczęciu operacji Inherent Resolye w 2014 r. Ode­grały wówczas ważna rolę w zwalczaniu Państwa Islamskiego. Samoloty RC-135 regularnie wykonują też loty rozpoznawcze wzdłuż granic takich państw jak Federacja Rosyjska, Iran, ChRL czy KRLD. Pojawiają się również w rejonach zapalnych lub obję­tych specjalnym zainteresowaniem amerykańskiego wywiadu takich jak np. Afryka Północna czy Morze Południowochińskie.

Podczas zimnej wojny RC-135U regularnie operowały wzdłuż gra­nic państw Układu Warszawskiego. Szczególnie wiosną i jesienią podczas nasilenia ćwiczeń woj­skowych i ruchów wojsk. Później samoloty "Combat Sent" wysyłane były wszędzie tam gdzie zachodzi wzmożona aktywność woj­skowa w państwach będących w sferze zaintere­sowania amerykańskiego wywiadu.

Początkowo RC-135S stacjonowały wyłącznie w bazie Shemya AFB (obecnie: Eareckson Air Station) na wyspie Shemya (Aleuty), po to by monitorować sowieckie próby z pociskami balistycznymi przeprowadzane na Kamczatce.

Samoloty WC-135C/W były przeznaczone do pobierania próbek powietrza, które później przekazywano do analizy w celu wykrycia ewentualnych cząstek, radioak­tywnych. Weszły na wyposażenia 55. Dywizjonu Rozpozna­nia Pogody stacjonującego w bazie McOellan AFB w Kalifornii. Oddziały dywizjonu stacjonowały w różnych bazach amerykańskich na całym świecie. Zyskiwały rozgłos gdy były wysyłane do monitorowania skutków północnokoreańskich podziemnych prób jądrowych. Misje takie miały miejsce w latach 2006, 2009, 2010, 2013, 2016 oraz w kwietniu 2017 r. W marcu 2011 r. WC-135W został wysłany do Japonii, aby badać poziom skażenia radioaktywnego w rejonie znisz­czonej prze tsunami elektrowni jądrowej Fukushima Dai-Ichi. Z kolei w lutym 2017 r. samolot WC-135C operował z brytyjskiej bazy RAF Mildenhall Według nieoficjalnych doniesień miał badać tajemniczy wzrost poziomu jodu-131 w rejonie granicy norwesko- rosyjskiej.

Użytkownicy zagraniczni powietrznych tankowców KC-135:
- Francja- zakupiła 12 egz. KC-135A (oznaczenie francuskie C-135F), pierwszy dostarczony był w lutym 1964 r. W 1972 r. utracono jednego w wypadku. W latach 1985- 1987 zmieniono silniki na CFM-56 (zmiana nazwy samolotu na C-135FR). Kolejnych 5 egz. KC-135A zmodernizowanych do standardu C-135FR odkupio­no od USAF w latach 1997- 1998. Samoloty francuskie wyposażono w zakła­daną na boom nakładkę z wężem giętkim. Od 1990 są przystosowane do podskrzydłowych zasobników z wężem giętkim,
- Turcja- zakupiła 7 egz. KC-135R. Dostawy w latach 1997- 1999,
- Singapur- zamówił 4 egz. KC-135R (z podskrzydłowymi zasobnikami z wę­żem giętkim). Pierwszy egzemplarz dostarczono 10.09.1999 r.

W Polsce.

Polscy piloci przeszkalający się na samoloty myśliwskie Lockheed Martin F-16C/D ”Jastrząb” w Stanach Zjednoczonych mieli w programie nauki także procedury związane z tankowaniem w powietrzu. Niektórzy mieli okazję, będąc na pokładzie maszyn dwumiejscowych podczas przelotów dostawczych przez Atlantyk, uczestniczyć w rutynowych tankowaniach samolotów F-16 z latających cystern Boeing KC-135 i McDonnell Douglas KC-10 ”Extender”.

W dniach 3-4.02.2010 r. było planowane po raz pierwszy tankowanie polskich F-16C/D ”Jastrząb” z francuskiego tankowca KC-135FR w przestrzeni powietrznej centralnej Polski. W tankowaniu miały brać udział zarówno F-16C/D z Łasku jak i Krzesin- łącznie 18 samolotów.