B-47气动布局采用细长流线形机身，机翼为大后掠角上单翼，翼下吊挂六台涡轮喷气发动机，大后掠角尾翼，平尾位置稍高，起落架采用自行车形布置。在内侧发动机短舱装有可收放的翼下辅助起落架。

机翼为悬臂上单翼，全金属受力蒙皮双梁结构，蒙皮采用桁条加强。机翼平面为梯形，机翼前缘后掠35°。机翼内侧后有开缝襟翼，其外侧后缘有副翼。副翼上有调整片。尾翼为全金属结构，垂直安定面和水平安定面是双梁结构，升降舵和方向航均有调整片。

机身为全金属受力蒙皮半硬壳结构，蒙皮用桁条和隔框加强，机身截面为椭圆形。机身前段配置乘员密封座舱。座舱是一个气密座舱。共三名乘员，正副驾驶席前后串列，领航员席在前方。均采用弹射座椅，但领航员座椅向下弹射。机身中段上部装有油箱，下部为弹舱和起落架舱。尾部装有减速伞。

B-47装有6台通用电气公司的J47涡轮喷气发动机。单台最大推力为2720公斤。两种型别的发动机特性相同，可以互换。机身后段挂架上有33个推力为450公斤的固体燃料火箭助飞器。

B-47在中机身段两个主起落架之间的弹舱内，弹舱长7.9米。可以挂一枚4500公斤的核弹。也可携带13枚227公斤或8枚454公斤的常规炸弹。载弹方案根据弹舱内是否安装辅助油箱而若干种。正常载弹量4500公斤，最大载弹量为1万公斤。

B-47安装有2门20毫米机炮，在机尾遥控回转炮塔上装有射击雷达瞄准具，总弹药量为700发，最大有效射程为1370米。飞机上还装置两部安装在垂直照相架上的K-38或K-17C照相机，用来检查轰炸结果。

B-47装有A-5或MD-4型火力控制系统,包括AN/APG-32搜索雷达和空中射击修正计算机。AN/APG-32搜索雷达在搜索和自动跟踪状态的有效距离为250至22000米。

1946年4月，陆军航空兵订购两架XB-47原型机，1947年12月17日第一架原型机首次飞行，由6台通用电气公司的J35-GE-7/9涡喷提供动力。第2架原型机安装有动力更大通用电力公司的J47-GE-3发动机，首飞于1948年7月21日进行，并达到每小时965公里的速度。

第一种生产型，装6台推力2340公斤的J47-GE-11型发动机，可装18个固体燃料火箭助飞器，最大起飞重量72吨。第一架于1950年3月出厂，同年6月25日开始试飞。共生产10架，1951年B-47A全部交付完毕。B-47A于1951年5月开始装备第306轰炸机联队，主要用于乘员的训练和飞机的测试。

第二种生产型，装6台推力2610公斤的J47-GE-11/23型发动机，带翼下副油箱，最大起飞重量90吨。1951年10月23日第一架B-47B试飞。共生产397架。该型的挡风玻璃涂有透明的化学导电物质，能够防止结冰，并且还安装了空中加油设备。携带有K-4A轰炸导弹航系统、AN/APS-54预警雷达、AN/APT-5A电子干扰设备。B-47B能携带8172公斤的核弹和常规炸弹。美空军于1951年中开始接受B-47B。B-47B于1957年全部退出现役。

由B-47B改装而成的战略侦察机，弹舱内装有加油装置和8台照相机。改装工作于1951年3月开始，大多数都执行训练任务。

（XB-56）B-47C最初被命名为XB-56，但随后计划被取消。与B型相比，C型最大的区别是使用J35-A-34涡轮喷气发动机。

由B-47B发展的生产型，装6台JF7-GE-25A涡喷发动机和33只可投掷的助飞火箭。最大起飞重量增为103.5吨。第1架于1953年1月30日开始飞行。共生产了676架。B-47E还有各种变型：EB-47E、EB-47L、ETB-47E、QB-47E、WB-47E。从1953至1957年共生产了1341架。B-47E从1957年开始退役，最后两架B-47E于1966年2月11日退出现役。

由B-47E改型的战略侦察机，主要用于昼间或夜间远程照相侦察。飞机头部较长，有气密加温的照相机舱，装11台照相机。保留有20毫米机炮和A-5火控系统，乘员3人。第一架于1953年7月3日开始飞行。第一架RB-47E于1953年12月装备部队，最后4架于1955年8月服役，共生产255架。1957年RB-47E开始退役，1967年全部退役。

RB-47H在以前弹舱的位置安装了一个加压舱室，以安装新型电子侦察和电子干扰设备，并且乘员由3人增加至6人。第1架RB-47H于1955年8月9日装备，最后1架于1957年1月交付，共生产35架。RB-47H在苏联领空及周边地区执行了多次任务，1960年7月1日在白令海上1架RB-47H被苏联战斗机击落。1967年12月29日，最后1架RB-47H退役。

50年代中期，由于探测高空飞机效能增加，以及地空导弹和战斗机的作战能力提高，战略空军司令部于1955年初要求B-47发展新型武器投放技术。于是，美空军开始研究使用B-47执行低空轰炸任务，即采用拉起战术，在拉起轰炸攻击行动中，B-47以低空飞向目标，突然拉起以半滚转进入半斤斗机动，在爬升过程中在预定点投弹。炸弹继续以高弧度向前飞行，落到离投放点较远处爆炸。同时机动可使飞机掉头，并使其有足够的时间飞到远离爆炸处的安全地带。这种战术可使高速飞行的B-47以低空飞行，减少被敌人击中的可能性。1955年6月的一次飞行中，1架B-47以2.6g的过载从平飞拉起时投下了1枚2724公斤的训练弹。在另一次训练过程中，1架B-47以2.5g的过载从平飞拉起时投下了1枚4017公斤的训练弹。

B-47的主要任务是突防至敌国土内在中空对敌目标实施轰炸。尽管它的航程只有6000多公里，但这对美国太说并不是一个问题，因为B-47可以在英国、西班牙、摩洛哥、关岛和阿拉斯加的基地起降。此外，B-47还具有加油能力，曾创下连续飞行36小时不着陆的记录。因此，该型可以对世界上任何目标实施打击。1956年，苏伊士运河危机中，战略司令部展示了B-47一接到命令就可以发动大规模攻击的能力。在12月的约两周的时间里，约1000架B-47E在美国本土及北冰洋地区进行不着陆、模拟攻击的任务，每架飞机平均航程达12872公里。

RB-47E侦察任务。自1953年7月，RB-47E执行了最为敏感的侦察任务。1954年5月18日，美空军91战略侦察机联队的3架RB-47E从英国的费尔福德基地起飞，在挪威外海上由从英国布雷兹基地起飞的KC-97G进行空中加油。在北海角，2架RB-47E返回母基地，但是其中由奥斯丁上校驾驶的一架RB-47E继续向苏联领空飞行，对苏联空军的一个机场执行一次高度机密的图像侦察任务。当这架飞机以12000米的高度在苏联领空飞行约1小时后受到苏联米格-17的拦截。米格-17向这架飞机开火，损坏了飞机的机身和机翼。奥斯丁驾驶飞机向芬兰领空飞出，并摆脱了米格-17的追踪。并且此时飞机已经油料不足，奥斯丁呼叫警戒的加油机，但是RB-47的通信系统损坏，飞机与加油机的通信已经不畅通，加油机的飞行员认为奥斯丁的飞机需要帮助，立即起飞，当两机会合时，RB-47的油箱指针已经为0。当RB-47加完油后返回了费尔福德空军基地。在执行对苏联的侦察任务中，美国空军至少损失了两架RB-47型飞机。

B-47的轰炸型没有参与过实战。

20世纪50年代，波音B-47“同温层喷气机”（Stratojet）是优秀的战略武器，尽管B-47轰炸机从来没有履行其致命的核任务。前苏联领导人知道B-47轰炸机正在以前所未有的数量迅速部署——为美国提供了不可阻挡的核打击力量。在其使用寿命期限之内，203架飞机（约占采购总量的10%）发生了坠毁事件，导致464人死亡。

经过4年集约发展，1947年12月17日，XB-47A进行了首次试飞，这是按照合同生产的两架原型机之一，该合同价值1000万美元。XB-47A是波音公司的专业知识与信息工程师乔治·S·谢勒（George S. Schairer）从德国收集的后掠翼和高速飞行数据相结合的产物。1945年5月德国战败后，波音公司的工程师在德国的航空技术研究所里发现了后掠翼飞机图纸和风洞实验数据等资料。于是波音公司基于德国人的资料提出了机翼采用35度后掠角的方案。原型机的设计如此激进以至于它的主要工程师之一，霍顿·威辛顿（Holden Withington），看着它首飞滑行时还不能确定它会飞起来。

XB-47轰炸机的特色是细长流线形机身，悬臂后掠翼。一个巨大的气泡座舱盖封闭了座舱，座舱中飞行员和副驾驶员（炮手）前后串列。领航员同时也是投弹手和雷达操作员的席位在前排。

B-47轰炸机安装了6台通用电气公司生产的发动机，4台安装在内侧的翼下吊舱，2台安装在两侧翼尖的附近。发动机的安置提供了良好的气动布局，同时加固了机翼。“自行车起落架”曾经在马丁公司的B-26轰炸机和XB-48轰炸机上通过了测试并被采用，这主要是因为薄翼没有提供存储空间。

B-47轰炸机选择的超薄翼产生了结构和气动问题。它必须保持强大的动力才能够承受在飞行中高达17英尺的巨大偏斜。但它也具备灵活的弦向，所以在以每小时489英里的速度飞行时很正常。但在每小时525英里飞行时，副翼完全无效，控制轮不能从一侧移动到另一侧。具有讽刺意味的是，在B-47轰炸机研发过程中，波音公司的工程师发现薄翼并非绝对必要，并为B-52轰炸机设计了巨厚的机翼和充足的燃料储存空间。

静态结构测试证明，B-47轰炸机可以在达到设计极限载荷的150%时继续飞行。不幸的是，当时没有办法计算由于部署所施加的反复循环负荷的累积效应。

飞行的飞机对进场和着陆速度要求很高，因为这时发动机加速如此缓慢。一个漏斗形减速伞被用来允许进场和着陆时发动机仍然携带足够的动力，确保油门快速运动。着陆后，一个32英尺的制动减速伞以及防滑制动使飞机停止。

由于战后削减国防预算和技术上的困难，大规模生产被推迟了。技术上的困难包括“荷兰滚”（Dutch Roll）的倾向以及上仰，特别设计的“偏航阻尼器”解决了第一个问题，而被称为“涡流发生器”的小机翼形叶片解决了后者。

几年来，尽管类似级别的难题层出不穷，但是B-47轰炸机杰出的表现——每小时606英里的最高时速和3000英里的作战半径，使波音公司认为B-50系列将继续成为他们最实用的飞机。

1958年2月4日下午3 时58 分，两架属于美国战略空军的B-47轰炸机从佛罗里达州的厚木斯戴德空军基地起飞参加演习。这架B-47上有3名乘员，其中飞行员是36岁的哈沃德李查森少校，此外还有两名乘员。

这架轰炸机上装载了一颗马克15型氢弹。其核装药为180公斤，编号47782。马克15型氢弹重3,500公斤，弹长353厘米，其爆炸当量约为 1.9至3.6百万吨 TNT。

B-47起飞后从东向西横穿佛罗里达半岛进入墨西哥湾并在此进行空中加油。然后在路易斯安那州的新奥尔良附近飞几个机动动作，接着向北直插加拿大边境。到了加拿大边境再掉头往南，飞到维吉尼亚州的拉德福德“投弹”。“投弹”完毕接着往南飞，返回佛罗里达。

就在返回基地的途中到了南卡时，参加演习的一架F-86L，从南卡的查尔斯顿基地起飞，扮演敌军“拦截”B-47，飞行员Stewart。2月5日零时33分30 秒，这架F-86L左翼撞在了B-47的右翼上，飞行员弹射逃生，报告了事故。

领航员告诉理查森，最近的可降机场是乔治亚州北部的Hunter空军基地。这个基地紧挨着萨瓦那（Savannah）城，但为了安全起见，塔台不允许B-47带弹着陆。战略空军司令部命令飞行员将炸弹扔进距离海岸30公里的海里。凌晨1时33分，B-47在Hunter基地着陆。

47782就被称为“泰比”（Tybee Bomb），官方和民间数打捞，次未找回。

波音B-47 同温层喷气是一型拥有六具喷射发动机的战略轰炸机。它的设计目的是以高亚音速的速度自高空穿透苏联的防线，以核弹攻击苏联本土地区。它可以说是自第二次世界大战以来一个极为重要的跨时代设计。在现代大型喷射客机上所见到几个重要特征，包括大型后掠翼跟安置于机翼下的发动机夹舱设计，此时都已经出现在B-47上了。