El 15 de Julio de 1954 realizo su primer vuelo el Boeing modelo 367-80, de donde se derivaron el reactor comercial 707 y la cisterna C-135. En Octubre de 1954 la USAF hizo su primer pedido destinado al SAC (Mando Aereo Estrategico) donde se le dio el nombre de KC-135, el primero de ellos alzo vuelo el 31 de Agosto de 1956 y durante los siguientes diez años se construyeron un total de 860 unidades de este modelo. El avion estaba originalmente impulsado por motores Prat&Wittney J57 con inyeccion de agua y metanol, esto hacia que en el despegue hubiera una gran emision de humo y debia optar por unas carreras muy largas de despegue cuando iba completamente cargado. 

Despues de muchas horas de vuelo, en 1975 se le efectuaron reformas consistentes en el cambio del revestimiento del intrados alar, con lo cual se obtuvieron 27000 horas mas de vuelo para estos aviones; en 1981 se adquirieron motores TF33 de 8165 kg de empuje, los cuales dieron mayor potencia al avion, mejorando su consumo de combustible y se le denomino KC-135E. En 1980 el Mando Aereo Estrategico decidio aumentar la vida util de su flota de cisternas adecuandole nuevas plantas motrices, para ello se opto por el F108 con 9980 kg de empuje, reduciendo el consumo y aumenta nuevamente la potencia, con esta reforma se espera que esten en servicio hasta mas alla del año 2000, la carga de carburante se aumenta en un 65% para una distancia de 2775 km y en un 150% para una de 4600 km; dentro de este mismo proceso de remotorizacion se aprovecho para dotar a los aviones de una receptaculo para ser reaprovisionados en vuelo, controles de vuelo, sistemas hidraulicos y avionica moderna.

Su cabina principal esta totalmente vacia, con una puerta de carga de apertura hacia arriba en el costado izquierdo, por donde se pueden introducir bandejas de carga, en el piso esta dotado de largueros donde se pueden acomodar asientos para ser utilizado como transporte de tropas, debajo del piso estan colocados tanques de carburante, los cuales pueden albergar 90700 kg de combustible, que se puede usar para repostar o para el servicio del mismo avion. En caso de ser usado comno cisterna el tripulante encargado de la operacion se situa en la parte trasera donde esta colocada la pertiga de aprovisionamiento. Una  de las funciones especificas asignadas al KC-135 es aprovisionar en vuelo al Lockheed SR-71 de reconocimiento estrategico; este avion requiere un combustible especial JP-7, lo cual exige una flota de cisternas especifica. Los aviones convertidos a esta labor se denominan KC-135Q y estan asignados al Ala 9° de Reconocimiento Estrategico, estos aviones debido a su tarea cuentan con un equipo especial de navegacion y un equipo de comunicaciones extra destinado a hacer contacto con el Blackbird SR-71.
 

Ademas de la USAF, Francia tambien dispone de una flota de doce KC-135, aviones que han servido para apoyar la fuerza de ataque nuclear Mirage IVA, los cuales a la fecha se hayan tambien en un proceso de modernizacion. Este avion tambien se utiliza como transporte de carga C-135A, basicamente un KC-135 sin manguera de reaprovisionamiento, la principal version de transporte es el C-135B equipado con el TF 33, que volo por primera vez en Febrero de 1962, ademas de los motores de estabilizadores de mayor envergadura, el C-135B fue dotado con equipos de radio adicionales, operando como puestos de mando aerotransportados y varios de ellos tipo KC-135A fueron utilizados en Vietnam como retransmisores de radio.En 1965 se modificaron diez C-135B para ser utilizados en misiones de reconocimiento metereologico, fueron asignados inicialmente al Japon y despues al 55 Escuadron de Reconocimiento Meterelogico.