W końcu lat 50. amerykańskie lotnictwo strategiczne przeszło do działań na małej wysokości i spodziewano się, że sowieckie bombowce dalekiego zasięgu przyjmą w latach 60. podobną taktykę. W takiej sytuacji podjęto studia nad samolotem wczesnego wykrywania, przeznaczonym do wykrywania samolotów bombowych lecących na średnich i małych wysokościach. EC-121 nie miały bowiem możliwości wykrywania celów na tle ziemi.
W 1968 r. dwie firmy, Westinghouse i Hughes przystąpiły do opracowania radiolokatora dla nowego samolotu, nosicielem miał się zaś stać jeden z odrzutowych liniowców pasażerskich, odpowiednio zaadoptowany do nowych zadań.
Na początku 1970 r. Boeing zaoferował jako platformę samolot Boeing 707-320B napędzany silnikami JT3D, a Douglas - DC-8 Super 62, z podobnym napędem. USAF wybrało propozycję Boeinga i 23 lipca 1970 r. podpisało kontrakt na dostawę dwóch nowowyprodukowanych samolotów tego typu, zaadoptowanych do zamontowania radiolokatora wykrywania. Jedna z maszyn, 71-1407, miała otrzymać radiolokator Westinghouse, a druga - 71-1408, radiolokator Hughes.
Po intensywnych testach porównawczych, 5 pazdziernika 1972 r. podjęto decyzję o wyborze radiolokatora firmy Westinghouse.
26 stycznia 1973 r. po przeprowadzeniu przeglądu dotychczasowych prac i zmieniających się wymagań, USAF zdecydowała się zakupić 34 samoloty oznaczone E-3A, które w podstawowym wariancie miały być przystosowane na razie do wykrywania jedynie obiektów nad lądem, co było ewidentnym odejściem od zastosowania samolotóww NORAD. Pierwszy E-3A w wersji seryjnej (73-1675) został oblatany 31 pazdziernika 1975 r. Był to w istocie drugi płatowiec E-3A, gdyż 73-1674, oblatany bez zamontowanego wyposażenia nieco wcześniej, został pozostawiony w wytwórni celem prowadzenia dalszych prac rozwojowych. Łącznie do 1979 r. zbudowano 24 nowe E-3A Block 10 z radiolokatorem AN/APY-1.
W czerwcu 1979 r. samolot 73-1674 został oblatany z nowym radiolokatorem, oznaczonym AN/APY-2, zdolnym do wykrywania celów nad morzem, oraz celów morskich. Wyprodukowano 9 maszyn oznaczonych E-3A Block 15.
tymczasem 18 samolotów Block 15 zostało dostarczonych NATO i weszły w skład NATO AEW-Element.

Wersje samolotu E-3:

• E-3A Block 10 - wersja podstawowa z radarem AN/APY-1 i komputerem CC-1;
• E-3A Block 15 - wersja podstawowa z radarem AN/APY-2 i komputerem CC-2;
• E-3B Block 20 - modernizacja Block 10 polegająca na przystosowanie AN/AP-1 do wykrywania celów morskich i wymianie komputera na CC-2;
• E-3C Block 25 - modernizacja samolotów Block 15;
• E-3B Block 30 - modernizacja samolotów Block 20; wprowadzenie systemu rozpoznania radioelektronicznego AN/AYR-1;
• E-3C Block 35 - modernizacja samolotów Block 25; wprowadzenie systemu rozpoznania radioelektronicznego AN/AYR-1;
• E-3E - siedem E-3 zakupionych przez Wielką Brytanię; silniki CFM56-2A-2; oblot 5 stycznia 1990 r;
• E-3F - cztery E-3 zakupione przez Francję; silniki CFM56-2A-3; oblot 27 czerwca 1990 r.