KC-135 har sin opprinnelse i passasjerflyprosjektet , som ble utvilket av Boeing på begynnelsen av 50-tallet. 367-80 var en betegnelse valgt for å forvirre, flytypen hadde ingenting å gjøre med den opprinnelige 367, og passasjerflyet ble senere kjent som Boeing 707. Strategic Air Command (SAC) var samtidig ute etter å finne en erstatning for sitt daværende tankfly, Boeing KC-97 Stratotanker, som hadde for dårlige ytelser i forhold til bombeflyflåten deres. SAC trengte et tankfly som kunne holde samme hastighet og fly i samme høyde som deres nye jetdrevne bombefly og bare noen uker etter at 367-80 fløy første gang 15. juli 1954 erklærte flyvåpenet at de ville kjøpe inn flytypen.