一代环球霸王是C-74运输机，第二代环球霸王是C-124运输机。在执行全球空运任务的时候，首先由C-5负责洲际间的远程战略空运，随后转由C-141运输到战场的后方基地，最后转由C-130最终运输到前线。这种物资投送方式有体系繁琐、耗时长、需要更多的前进基地等缺点。当时花旗国常因为战争或天然灾害，必须以战略运输机运送成千上万的军队远赴全球各地，当时空军机动司令部的由洛克希德设计制造，于1964年开始服役的265架C-141星式运输机由于繁重的训练任务和次数频仍的高速低空飞行任务，使得机翼下蒙皮的损伤迅速累积，原设计服役寿命将会提前届满，加上机翼主梁和驾驶舱窗户框缘有裂纹，难以继续服役。
1980年2月，花旗国空军提出了C-X战略运输机的需求草案，10月份提出正式文件，新的运输机将担负起战略运输任务，先支持C-5和C-141，最后则是取代C-141。需求中说明新的运输机必需和C-130一样具备短场起降能力；飞机的起落架和高升力装置使满载时能在2,438米长的跑道上起飞，915米长的跑道上降落；满载航程至少为4,443公里；机身内部须能容纳大型物品，如M1主战坦克；飞机须能在拥挤的停机坪随意进出，且能在满载及五分之二燃油的情况下，在2%的斜坡上后退。波音、洛克希德、麦道都提出了C-X的设计方案波音的设计构型是三发动机运输机，洛克希德设计的外型则很类似C-141。
1981年8月28日，花旗国空军宣布麦道为中标者，其方案货舱加驾驶舱的全尺寸模型深获空军好评。1984年9月11日至20日，花旗国空军由一位现役的运输机装载长，针对陆军和海军陆战队的使用需求，进行货舱装载测试。1985年12月，麦道获得总金额34亿美元的经费，C-17进入全尺寸发展阶段，以制造包括原型机在内的六架测试机。几经波折C-17原型机终于在1991年9月15日首飞。第一架生产型
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