KC-135加油机是波音公司在波音707原型机的基础上发展起来的，它所装的燃油都是JP-4型燃油，可以给多种型号的战斗机加油，也可供自身的发动机使用。它共有10个机身油箱，位于前后机身地板下和机尾地板上，还有一个中央翼油箱，此外，机翼两方各有一个主油箱和一个备用油箱。
KC-135加油机可以给各种性能不同的飞机加油。在加油时排除了让受油者降低高度及速度的麻烦，既提高了加油安全性，也提高了受油机的任务效率。它采用伸缩套管式空中加油系统，加油作业的调节距离5.8米，可以在上下54度、横向30度的空间范围内活动。
可以同时给几架战斗机加油。当它仅用一个油箱加油时，每分钟可以加油400加仑。前后油箱同时使用时，每分钟可以加油800加仑。
KC-135机组人员共4人，正、副驾驶，领航员及空中加油操纵员。加油操纵员的任务是完成加油机与受油机之间的联络、对接及控制加油量的工作。
该机的动力装置：KC-135R/T型加油机，4台CFM国际公司的CFM-56涡扇发动机。KC-135E型加油机，4台普拉蒂/惠特尼公司的TF-33-PW-102涡扇发动机。
推力：KC-135R加油机，每台发动机推力为21634磅；KC-135E加油机，每台发动机推力为18000磅。
KC-135加油机翼展39.88米，机长41.53米，高度12.7米，时速在9144米高空飞行时为853千米，升限15240米。
航程：转运68039千克燃料时的航程为2419千米；执行货运任务时高达17766千米。最大起飞重量146285千克，最大运油量90719千克，最大货运能力37648千克，乘员4人。
部署日期1965年8月，空军现役部队373架，空军国民警卫队和空军预备役268架。