North American bygde tre X-15, henholdsvis X-15-1 (serienummer 56-6670), X-15-2 (serienummer 56-6671) og X-15-3 (serienummer 56-6672). Flyet hadde en lengde på 15,32 m og hadde et vingespenn på 6,80 m. Brutto vekt var på 14.186 kg. En spesiell legering kalt Inconel X ble brukt i konstruksjonen av flyet for å motstå opphetning i høy hastighet. X-15 var utstyrt med en Thiokol XLR-99 rakettmotor med en skyvekraft på 222,5 kN.