X-37 var opprinnelig designet for å bli fraktet til rommet i romfergens lasterom, og dette dikterte utformingen og de fysiske målene. X-37 har et avansert varmeskjold-system basert på nye materialer, helt ulikt romfergens system. Det er bygd av lettvekts komposittmateriale og er utstyrt med et avansert navigasjons- og kontrollsystem. Fartøyet er designet for å kunne oppholde seg i rommet 21 dager sammenhengende. Landingsunderstellet er tre-punkts, og består av innfellbare gummihjul. X-37 er utstyrt med et lasterom som er 2,13 meter langt og 1,22 meter i diameter.