Entwickelt wurde die C-17 ursprünglich von McDonnell Douglas, mit Bezug auf das bereits in den 1970er Jahren gebaute Testflugzeug McDonnell Douglas YC-15. Der Aufbau der Maschine ist noch weitgehend konventionell. Die Zelle besteht aus Aluminium (69 %), Stahl (12 %), Titan (10 %) und noch relativ wenig Verbundwerkstoffen (9 %). Die Tankkapazität beträgt 114.000 Liter, kann aber durch Luftbetankung fast beliebig ergänzt werden.