1968年9月30日，波音公司在華盛頓州埃弗雷特工廠下推出了第一架747巨型噴氣式客機。這架飛機最初是應泛美航空公司的要求設計的，即能運輸大件貨物也能運送大量乘客，尺寸是波音707的兩倍多。
為了組裝這架飛行巨獸，波音公司在埃弗雷特的潘恩機場建造了世界上體積最大的廠房，足足有824萬立方米。
1963年美國空軍開始了一系列的研究項目，旨在獲得一種巨型戰略運輸機。儘管當時C-141“星式運輸機”才開始服役，但軍方還是仍為需要一種更大、性能更好的飛機，特別能夠運輸現有運輸機都裝不下的超大尺寸貨物。
1964年3月，美國軍方啟動了CX-重型物流系統（CX-HLS）項目，要求新運輸機能載重81600公斤以0.75馬赫的速度（805公里/小時）飛行9260公里，載重52200公斤時的不加油航程是9260公里，貨艙尺寸必須達到5.18米x4.11米x30.5米，飛機前後都要有貨艙門。
新運輸機將安裝四臺發動機，要求採用大幅提高推力和燃油經濟性的新一代渦扇發動機。1964年5月18日，道格拉斯、通用動力、洛克希德、馬丁·瑪麗埃塔公司提交了各自的機身方案，通用電氣、柯蒂斯-萊特和普惠公司提交了各自的發動機方案。經評選後，波音、道格拉斯和洛克希德進入下一輪角逐，通用電氣和普惠則獲得了各自的發動機研究合同。
三家公司的機身方案具有一些相同的特徵，由於CX-HLS需要能從機頭裝貨，必須在機頭安裝貨艙門，所有公司都把駕駛艙移到貨艙上方來解決此問題。道格拉斯方案的駕駛艙看起來就像是前機身頂部的小突起 。
洛克希德的駕駛艙則一直向後延伸形成一條長的脊背。
波音公司的設計介於兩者之間，駕駛艙形成了一個駝峰。
1965年洛克希德的機身和通用電氣的發動機方案獲勝，最終成為當時世界上最大的軍用飛機——C-5“銀河”。
不過波音的努力並沒有白費，在波音707和道格拉斯DC-8開創噴氣時代後，整個商用運輸業出現井噴式發展，機場則變的日益擁擠。泛美航空公司總裁胡安·特里普表示有興趣購買一種波音707兩倍大的新型客機來解決此問題。
1965年，波音737研發團隊的喬·薩特被調到大型客機研究團隊，該客機名為747，計劃負責人是波音產品研發副總裁傑克·斯坦納。
當時人們普遍不看好大型客機，都認為超音速客機才是未來的方向。在薩特仔細研究了泛美和其他航空公司的需求後，波音公司發現研製747還是有利可圖的，即使其客機型的銷售滑坡，還能依靠貨機型來收回投資。
當時航空集裝箱運輸剛開始興起，如果把747的機身尺寸能和CX-HLS差不多的話，就能以很高的效率堆放標準集裝箱，非常具有競爭力。在進入全面設計階段後，波音首席執行官比爾·艾倫任命瑪·斯坦珀為計劃總經理，喬·薩特為總工程師。
1966年泛美簽訂了5.5億美元購買25架波音747的合同，規定在1969年年底交付。即使以波音的標準來看，合同給出的交付時間也非常短，尤其是在設計還未完成，生產廠尚未建立的情況下。實際上波音把整個身家都押在了747計劃上，不成功便成仁！
波音並沒有完全照搬CX-HLS的設計，放棄了不適合客機的上單翼。波音747最初為雙層設計，下層為8座雙過道，上層為7座雙過道，但由於緊急撤離問題和有限的裝貨能力被否決，被機身更寬的單層設計取代。
747沿用了波音CX-HLS的前機身設計，貨運型有機頭艙門，駕駛艙駝峰位於客艙上方。在胡安·特里普的建議下，駝峰內部被佈置成乘客休息室，設計師們發現駝峰還改善了飛機的面積率分佈，降低了高速巡航時的阻力。
747成功重要因素之一就是高涵道比渦扇發動機，其油耗能降低三分之一，推力卻比早期渦扇增加了一倍。通用電氣公司是高涵道比渦扇發動機的領跑者，但他們為C-5研製的發動機卻並沒有進入商用市場，這給了普惠公司迎頭趕上的機會。1966年底，波音、泛美和普惠達成研製新發動機的協議，這就是專為747設計的JT9D。
波音747在研製中使用了故障樹分析的新方法，研究了單個部件故障後對其他系統造成的影響，以此來解決安全性和可飛性方面的問題。經過故障樹分析法，波音747採用了結構冗餘、多餘液壓系統、四聯主起落架和雙控制面等提高安全性的設計。
此外747還採用了一些行業最先進的增升裝置以便在現有機場的起降，包括有全翼展前緣襟翼、複雜的後緣三縫襟翼。襟翼展開後使翼面積增加21%，升力增加90%。
波音要在1969年年底向泛美交付首架747，這意味著只有28個月的設計時間，僅正常的三分之二。由於進度表繃得緊緊的，所以研製團隊獲得了“超人特攻隊”的綽號。波音747的研製就是一次巨大技術和資金挑戰 。還是那句話：不成功便成仁。
最初波音公司考慮在華盛頓州以外製造波音747，但最終確定在埃弗雷特附近780英畝的土地建新廠。此地毗鄰潘恩機場，是一處密佈植被的丘陵地帶。為了建造世界上最大的單一屋頂建築，人們需要先移走300萬立方米的土方。
廠房的建設速度很快，但對於進度表來說還是不夠快。在製造波音747客艙模型時，廠房的屋頂還沒有完工。甚至747投產後，流水線上的工人們在冬季需要穿著厚重的衣服保暖，因為還沒來得及安裝暖氣。
波音在研製747時，其他航空公司的訂單的訂單就紛至沓來。大多數航空公司的高管在參觀生產車間時就做出了購買決定，因為他們完全被震撼到了。例如美國聯合航空公司總裁帕特·帕特森進入了全尺寸模型後，他說的第一話就是“耶穌基督！”。
當第一架波音747做好揭幕準備時，波音公司已經獲得了26家航空公司的訂單。在1968年9月30日747的首次公開亮相上，這些航空公司的代表與其他受邀嘉賓以及記者們齊聚一堂。 那天早上，一架波音B&W飛機（波音生產的第一種飛機）先飛越潘恩機場，緊接著是707、727和737。人群雲集在廠房的超大型機庫門前，看著機庫門緩緩打開，拖車把波音747緩緩拖出到明亮的陽光下。
與以往被漆成淡黃色和棕色的波音客機不同，這架747被漆成白色和紅色，並配以藍色字體。隨著飛機映入眼簾，觀眾們倒吸一口冷氣，都被747巨大的體型震驚了，沉默一會才爆發出雷鳴般的掌聲。波音747遠大於大多數人見過的任何飛機，長70.4米，翼展59.7米。
美國商務部秘書史密斯受邀擔任儀式的主發言人，他說747“將提供從前所未有的舒適和便利新標準”，他指出該機已經獲得了超過15億美元的合同，並還在獲得更多的合同。 波音747計劃是當時美國曆史上最大的非政府項目之一。瑪·斯坦珀最後在儀式上感謝了所有參與該項目的波音員工，他說這架飛機還要經過試飛和政府認證，革命尚未成功。 來自26家航空公司的26位空姐一起為這架波音747命名，當她們把26瓶香檳撞向巨型噴氣式客機時，人群歡呼了起來。
在第一架波音747完工前，工程師們就開始測試許多組件和系統。其中一個重要的測試是讓560名志願者在客艙實體模型中通過緊急滑道疏散。第一次疏散了用了兩分半鐘，而美國聯邦航空管理局（FAA）規定的上限是90秒，而且在測試中還有幾名志願者受傷。波音在隨後的測試中實現了90秒的目標，但卻又更多人受傷。747上層客艙的疏散最成問題，志願者只能用絞盤安全帶下降到地面。
為了讓試飛員體驗到操縱巨型客機在地面滑行的感覺，波音還改裝了一輛被稱為“沃德爾的旅行車”（以747試飛員傑克·沃德爾的名字命名）的教練車，其車頂安裝了747的模擬駕駛艙。這樣在747還在製造時，試飛員就能開始地面滑行訓練。
1969年2月9日，波音747準備好了首飛，在試飛員傑克·沃德爾和奧布萊恩·威格以及飛行工程師傑斯·沃利克的操縱下，747緩緩升空。
747在首飛中的表現非常好，只有一片襟翼出現了小問題。試飛員發現747在很大程度解決了“荷蘭滾”問題，而該問題一直困擾著早期後掠翼飛機。
在後續的顫振測試中人們發現747的機翼在一定條件下會出現顫振，工程師通過加強機翼特定部件來部分解決此問題，而機翼高速顫振問題只能通過在機翼中安裝貧鈾配重來解決。貧鈾配重引起了環保人士的焦慮，萬一747墜毀就會導致貧鈾洩露。
JT9D發動機在試飛中也遭遇困難，壓縮機在油門快速變化時會失速，渦輪殼體也很快就變形了。發動機問題導致747推遲交付了數月，有多達20架飛機滯留在埃弗雷特工廠等待發動機。雪上加霜的是，一架測試747在降落倫頓市機場時衝出了跑道，導致右外側起落架折斷，兩臺發動機受損，進一步拖延了項目。
不過這些困難並沒有阻止波音公司派出一架747測試機參加1969年第28屆巴黎航展，在航展上大出風頭。1969年12月終於747獲得FAA適航證書，具備了服役資格。
研製747和建設埃弗雷特工廠都需要鉅額資金，這意味著波音公司不得不向銀行集團大量借貸。在交付第一架飛機前的最後幾個月，波音不得不多次向銀行申請額外資金來完成該項目。如果此時銀行拒絕貸款的話，波音公司連生存都困難。波音當時的債務超過200億美元，其中120億是銀行借貸，創下了當時所有公司借貸數額之最。比爾·艾倫後來說“這個項目對我們來說的確太大了。”好在747豪賭成功，波音公司壟斷了巨型客機市場幾十年。
完成了緊鑼密鼓的試飛和認證後，1970年初第一架波音747-100客機終於交付泛美。1970年1月15日，美國第一夫人帕特·尼克松在華盛頓杜勒斯國際機場主持了泛美航空首架747的命名儀式。1970年1月22日泛美747首次飛行了紐約到倫敦的航線，其實這次飛行原定1月21日進行，但由於747發動機過熱而臨時換了一架飛機，前後耽誤了6個小時，故障機則返廠維修。
747-100是747家族的基準型號，該機繼承了波音707的很多特徵，如全金屬半硬殼結構、下單翼、四臺翼吊式渦扇發動機短艙，前三點式起落架等，只是747的尺寸要大得多。
747機翼1/4弦長處的後掠角為35.5度，帶7度上反角和2度安裝角。機翼後緣從內向外依次是內三縫襟翼、高速副翼、外三縫襟翼、翼尖低速副翼。此外在內三縫襟翼的前方翼面上還有兩片地面擾流板/阻升器，在外側三縫襟翼前則有4片飛行擾流板。機翼前緣有全展長襟翼，分為兩類，從內側發動機艙到機身間是三段克魯格翻轉襟翼，其餘部位則是10段下垂襟翼。747-100的尾翼單元是帶方向舵和升降舵的常規設計，平尾可在飛行中微調安裝角來配平飛機，所有飛行控制系統都是電動的。
747-100選用了普惠JT9D高涵道比渦扇發動機，這種發動機開始研製時就麻煩不斷，而且早期型號的設計推力也沒有考慮747在研製過程中的重量增長。747測試機和最早期747-100安裝的JT9D發動機只能產生173.5千牛（17690公斤）的推力，導致飛機動力不足，更糟糕的是發動機可靠性不高。
當時高涵道比渦扇發動機還是全新的技術，所以出現許多不可預知的問題也是正常的，例如發動機殼體熱變形後導致渦輪和壓氣機葉片與側壁摩擦，大尺寸的風扇導致發動機在側風中難以啟動等。普惠解決了最嚴重的發動機問題後，747-100安裝著JT9D-3A投入運營，最大推力提高到204千牛（20770公斤）。此外飛機還增加了加雷特輔助動力裝置（APU）來提供地面動力和啟動發動機。
747-100有一個機翼中段油箱和6個機翼油箱，總載油量178702升，在每側機翼下方有一個壓力加油點。
747-100的前起落架是雙輪形式，向前收入機鼻。在機腹和翼根處還有4組4輪小車式主起落架，其中翼根主起落架靠前並向內收入機腹，機身主起落架靠後並向前收入機腹。如此複雜的主起落設計完全可以支撐747的龐大重量並確保不損壞停機坪。
747-100的航電具有明顯的時代特徵，包括無線電、導航設備、識別應答器、機鼻氣象雷達，飛行機組編制三人外加一到兩名觀察員。如果客艙按高密度全經濟艙佈置的話，747-100的載客量可高達500人，當然更合理的佈置是全經濟艙447座，或385座（經濟艙337座，頭等艙48座，其中16座在上層甲板）。747-100機身兩側各有五個艙門，分別是地板下方的前後貨艙門，地板上方的前機身客艙門和後機身兩個客艙門。
747投入服役的過程十分順利，儘管JT9D發動機在服役初期遭遇到磨合問題，但747-100還是以安全可靠聞名，也很容易駕駛，事實證明普通機場也一樣可以容納747。對飛行員來說，駕駛747在地面滑行反而成為挑戰，因為之前沒有一種客機的駕駛艙有這麼高。
為了徹底解決JT9D發動機的問題，普惠公司繼續改進設計，並推出了第一種真正令人滿意的改型——JT9D-7系列。該系列發動機的推力從213千牛（21725公斤）開始逐步增長，使波音研製更重的747改型成為可能。
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