KC-135空中加油機(jī)主翼后掠角三十五度。機(jī)翼下裝有4臺噴氣式發(fā)動機(jī)，最初采用J57-P-59W渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，單臺推力6236公斤，總推力24944公斤。機(jī)體可分上、下兩個部分。上半部一般作為貨艙，下半部幾乎全部是燃油艙，貨艙左舷配置一個大型貨艙門。
機(jī)身后段是加油作業(yè)區(qū)。以KC-135E為例，可裝載約二十二萬七千五百磅的燃油，貨艙內(nèi)最多能裝載八萬三千磅的貨物。機(jī)組人員共有四至五名機(jī)組人員：正、副駕駛，領(lǐng)航員及空中加油操縱員，機(jī)上通常有第五名組員觀察員。加油操縱員的任務(wù)是完成加油機(jī)與受油機(jī)之間的聯(lián)絡(luò)、對接及控制加油量的工作。
KC-135在為一架B-52戰(zhàn)略轟炸機(jī)實(shí)施加油KC-135加油機(jī)可以給各種性能不同的飛機(jī)加油。噴氣式戰(zhàn)機(jī)在加油時排除了象KC-97螺旋槳式加油機(jī)那樣，讓受油者降低高度及速度的麻煩，既提高了加油安全性，也提高了受油機(jī)的任務(wù)效率。KC-135空中加油機(jī)采用的是伸縮套管式（硬管式）加油方式，輸油率很高，每分鐘達(dá)975～1690升，由機(jī)外伸縮主管、伸縮套管和V型操縱舵組成。
