“空中警戒和控制系统”的研究合同于1966年4月签订，通过方案竞争于1970年选取了波音公司的方案。首先由该公司用波音707-302B型民航机改装两架试验机，用于试验机载电子设备。试验机代号为EC-137D，于1972年2月7日首次试飞。首先对比了威斯汀豪斯公司的雷达，然后用3年时间对雷达、数据处理、显示和通信系统进行了各分系统的样机验证试飞与全系统的综合试飞。随后又以波音707为基础研制了3架E-3A的原型机，1975年E-3A的第一架原型机首次试飞，用这些飞机对生产型电子设备进行了飞行试验。
1977年3月，第一架生产型E-3交付使用。到1978年5月，由首批8架飞机形成了初步作战能力。到1984年6月，34架E-3(含3架原型机)全部交付完毕。这些飞机在美国本土、欧洲和远东等地进行过多次演习。按计划，这些E-3中的1/3驻扎在国外，作为防空警戒与战术空军的空中指挥机，其余驻扎在美国本土，用于本土防空和作为后备力量。目前E-3已被北大西洋公约组织采用，该组织以20亿美元的费用引进18架E-3，组成北大西洋公约组织的防空预警系统。由于在设想的欧洲空战中，飞机密度比美国原设想的高，因此该型须加大目标处理能力，并改装抗干扰通信系统。
E-3机背上的雷达罩是E-3在外观上与其他飞机相比最特别的地方。该雷达罩直径9.1米，厚度1.8米，用两个支柱支撑在离机身3.3米高处。内部安装有雷达天线系统，这一雷达系统使E-3能够提供对大气层、地面、水面的雷达监视能力。对低空飞行目标，其探测距离达320千米以上，对中空、高空目标探测距离更远。雷达系统上的敌我识别分系统具有下视能力，并能抗地面杂波干扰。而其他一些雷达在这种条件下无法去除干扰。E-3的单价高达2.7亿美元，价格受昂贵的电子设备影响很大。
