50年代美国的防空警戒体系是由地面预警雷达和预警机EC-121组成。60年代初，由于轰炸机速度的提高，低空突防方式的广泛采用与远距离空－地导弹的出现，原有防空警戒系统无论从预警距离、预警时间、还是从搜索低空目标的能力来说均已不能满足需要。
从1962年起，美国空军开始考虑发展新的警戒系统，并研究了这种飞机在战术空战中作为空中监控与指挥站的可能性。1963年，美空军防空司令部与战术空军司令部提出对空中警戒和控制系统的要求。1964年，美空军系统司令部在分析当时的雷达技术水平后开展了“下视雷达技术”计划。1966年3月签订雷达技术鉴定合同，1967年决定采用脉冲多普勒体制，经两轮对比试飞的筛选，于1973年选取了威斯汀豪斯公司研制的雷达。
“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。
E-3预警机是直接采用波音707商用机的机身加上旋转雷达模组、陆空加油模组，雷达直径9.1m中央厚度1.8m用两根4.2 m支撑架撑在机体上方。AN/APY-1/2水平旋转雷达可以监控地面到同温层之间的空间，包含水面，四具引擎可以提供1兆瓦特的电量给雷达。
所用的多普勒脉冲雷达有250英里半径以上的范围可以侦测高海拔低速飞行体（以雷达地平线为准），水平脉冲波（BTH）有400英里范围侦测中低海拔（以雷达地平线为准）的空中载具，雷达组中的副监督雷达子系统可以进一步对目标进行辨认和标出敌我机，并消去地面物体造成的杂乱讯号
美军E-3机队2001年进行升级Block 30/35 修正专案。升级包含四项增强
电子支援措施（ESM）可以被动侦测到地面或空中的电波发射源。
联合战情分配系统（JTIDS Link-16）确保资讯流不会阻塞，定位和确认能力加强。
增加电脑内存以配合JTIDS (Link-16），ESM和未来升级
全球定位系统GPS其他主要子系统是导航、通讯、电脑（资料解读）。电脑控制台上显示器把资料以图形和表格方式呈现，监视、确认目标、兵器控制调度、战术管制、通讯...等都是在电脑控制台上完成的。E-3的雷达和电脑子系统可以综整显示当下战场状态，资料随时收集随时更新。包含敌机敌船的持续追踪，资料可以传给后方指挥中心，紧急时还可以直接传给美国的国家指挥中心。
在支援空对地行动时，它可以协调禁飞，侦蒐，空运和近距离轰炸支援等等多种战术. 还有全面的空中资讯提供给指挥官进行空战部署，所以也是极大的空中防御资产，E-3可以侦测，辨识，追踪美国和北约远方边境的任何飞机并直接调派战机拦截.
E-3在美国和北约服役的机型一次加油可滞空8小时（4000英哩），新型的英、法、沙特版本换装CFM56-2引擎后一次可以飞10小时（5000英里）.航程还可以用空中加油来延长机上还有组员轮班休息区.
首架E-3的工程测试评估在1975十月开始. 1977年三月552空中预警管制中队 (现为552空中管制中队，在Tinker空军基地，奥克拉荷马州），投入首架E-3服役. 总共有68架生产，两架半成品（一架是北约、一架是美国空军）
美国空军就有33架E-3现役。28 架在Tinker空军基地属于空中指挥部。四架E-3在太平洋空军部的Kadena基地，日本冲绳和阿拉斯加Elmendorf基地，等处。一架TS-3型则是波音测试机。
北约组织有18架 E-3A和相关支援设施. 自从规定所有航空器都要有注册国，北约的18架都注册在卢森堡，这个没有任何空军的国家. 第一架北约E-3 于1982一月交货。目前因为有一架坠毁所以其他17架都暂时库存检修.
北约成员英国和法国 并不使用北约的E-3A 而是参加研发专案. 现在英法都有自己的E-3. 英国有7架。法国有4架，全部都是新型CFM56-2引擎。英国在1970年代曾经预计用Hawker Siddeley Nimrod飞机去接替Avro Shackleton作为预警机平台，后来测试结果不理想而采用E-3.
沙特阿拉伯也有五架，也都是CFM56-2引擎. 日本有四架波音767的预警机上面的装备和E-3几乎一样.
E-3第一次参战是海湾战争的沙漠盾牌行动；建立一个全方位雷达网去防堵伊拉克. 而沙漠风暴期间，E-3完成400次任务和超过5,000小时飞行.历史上第一次有预警机雷达纪录下了所有空战经过. 除了提供即时的敌军动态，E-3 也支援了40次空对空击落中的38次.
1996年3月，美国空军513空中管制群，一架E-3列为后备，完成了现役的使命. 雷达系统升级方案（RSIP）由美国和北约共同开发，加强E-3的电子反制措施和系统可靠度、可用性、维护性，软硬件的提升加强了侦测目标的能力尤其是那些低雷达反射度的物体（如导弹、匿踪涂料物体），增强电子反反制来对抗现今威胁的能力，雷达的可靠性和可维护性（R&M）以内建在控制面板和维修面板的嵌入式测试装置来达成。
升级利用多普勒脉冲压缩波增加资料采样率、处理范围、速率分辨率，减少讯号完成时间，新的讯号处理算法加强敏感度和明确范围判定，也加强雷达设定和监控。（RSIP）方案是多方面的跳跃式进步，为了在更远距离侦测和追踪更小的目标，好比给雷达加上了望远镜。加强雷达硬件的可靠度和可维护性能够减少备品数量和维修时间。控制和处理算法可以防止敌人用电战反制系统或欺敌假目标。
美军在2004会计年度完成了升级，法国在2005完成。
波音707机体已经很久没有生产，所以日本自卫队的E-3预警机规划要用767机体，也就是E-10 MC2A将来也会用来替换美军的E-3，RC-135和E-8联合之星指挥机也都是用767机体；然而国防预算的减低为此计划投下不确定。
