他X系列试验机一样，X-15首先是挂在一架B-52机翼下被带到空中，然后火箭发动机开始工作。它的机身很长且为圆柱形。向后的整流片使机身看起来很平。背部及腹部的楔形垂直尾翼很厚。可收起的起落架包括机鼻起落架和两个滑橇。初始型X-15A的两具XLR-11火箭发动机提供36千牛顿推力，后来的XLR-99在海平面提供254千牛顿推力，在最高高度提供311千牛顿。1958年之前，美国空军和美国国家航空谘询委员会（NACA，也就是NASA的前身）的官员提出了轨道运行式X-15（X-15B）的方案，这种X-15将会被