泛美作为波音 747 的催生者，对波音 747 的设计有着决定性的影响，至今没有任何单一的航空公司对任何一架主要的民航客机的设计有如此之大的影响。1966 年 4 月 13 日波音建立 50 周年的时候，泛美的 5.25 亿合同正式签订。特里普称这是“人类历史上最强大的和平武器，将和洲际导弹一样进入文明的史册”。这是当时历史上最大的一笔客机采购，但特里普也不是一盏省油的灯，拍下 5.25 亿，要求波音在 1969 年底之前交货，波音只有三年时间，实际设计时间只有 28 个月。这就是说，波音要在这段时间里完成全新飞机的设计、新总装厂的筹建、试飞和 FAA 验证。这是史无前例的疯狂，至今没有人超过这样的野心。波音 747 的经济性比 707 要改善 30%，不光大大降低旅行成本，也大大拓展了潜在的市场。泛美的对手们无法坐视泛美的领先，蜂拥表达订购波音 747 的意向，波音 747 还没有问世，就已经成为一个销售上极大的成功。
但是，牛皮不是吹的，波音必须拿出真家伙来，否则热空气吹出来的气球，毕竟只是气球。波音承受住空前的压力，以比波音 707 更大的疯狂，将公司的命运押在波音 747 上。
在超音速民航的热浪尚未褪去的 60 年代，波音是把波音 747 作为超音速客机全面取代亚音速客机前的临时填补来设计的。波音 747 作为客机的长寿是波音始料未及的，所以波音最初是把波音 747 按货机设计的，日后亚音速客机不再有市场时，可以容易地转为货机，运载刚开始流行的航空集装箱。CX-HLS 的机首球锥本来就是一个可以整体向上掀起的艏门，用作客机时，当然就简化成固定的机首球锥了。为了保持货舱的畅通和完整，驾驶舱依然保持在“二层楼”，形成波音 747 特有的“驼背”形状。
为了便于改装成货机和使用艏门，波音 747 的驾驶舱设在“二层楼”，形成特有的“驼背”。这是第一架波音 747 安装完毕，首批航空公司的标识都涂在机头两侧，各航空公司的空中小姐穿上五颜六色的制服和新飞机一起照一张公关相
CX-HLS 是军用运输机，自然是上单翼，翼吊发动机既便于维修和对机翼卸载，又离地有一点距离，不至于在起飞着陆时吸进砂石。机身的多轮起落架减轻对地面的压力，有利于在野战机场起落。但作为民航客机，波音 747 要改成下单翼，采用较轻的前三点起落架。下单翼也可以遮蔽一点发动机噪声，改善机舱内的舒适性。下单翼离地面近，还可以利用一点地面效应，增加起飞时的升力。但上单翼改下单翼可不是把机翼搬一个地方那么简单，波音最后基本上全新设计了机翼，只是在设计原理和制造技术层面上可以和 CX-HLS 共享。
为了大大增加每排的座位数和减少旅客上下飞机的不便，波音从一开始就打算采用双走廊，双走廊日后成为所谓“宽机身”客机的标志。波音原先打算直接用 CX-HLS 的机身，全长双层，上层 7 座双走廊，下层 8 座双走廊。但 FAA 对紧急疏散规定的要求不能满足，最后只好放弃上层，而加宽下层到 9 座双走廊，最终进一步加宽到 3+4+3 的 10 座双走廊。几十年后，A380 的双层设计也遇到同样的问题。但为了便于改装成货机，波音还是保留了上层的驾驶舱。不过在一开始，波音对驾驶舱后半到底干什么用没有底，开始时，这里只是用于头等舱的酒吧，后来才开始改作载客的。这倒不是波音不懂得如何增加为航空公司赢利的座位，依然是紧急疏散的要求所决定的。
波音 747 的上下两层为多载客提供了可能，但波音不是一开始就把上层用于载客的
早期波音 747 上下层之间的楼梯是螺旋形的
在没有解决上层旅客的经济疏散问题之前，上层被用作头等舱的酒吧和休息室
当然，腐朽糜烂的资产阶级光有上层还不够，下层也一起用上了，不过这样对航空公司的赢利座位的挤占很厉害
FAA 要求任何客机的所有旅客必须在 90 秒内全部安全地疏散离机。波音招集了 560 名志愿者，但第一次试验时，用了两分半钟才疏散完毕，一些参试人员还受了伤。后续试验总算达到 90 秒的要求，但有更多的人受伤。更糟糕的是，上层的旅客是身穿吊带用滑轮放下来的，很不实用。紧急疏散的问题用了很久才解决，增加紧急疏散口，改善疏散路线，上下层之间不用盘旋楼梯，改用加宽的直楼梯，这些措施最终解决了紧急疏散问题。
波音在设计中首创了故障树（Fault Tree）方法，确保单一系统或者部件故障不至于导致全面故障。波音还大量采用了冗余系统，四台发动机分别驱动一套四余度操纵系统中的一套，所有控制面都分段，保证有足够的备用，这些措施极大地提高了系统可靠性。先进增升装置的大量采用更使得波音 747 可以在标准长度的跑道上起落，两两成对的主起落架在只有对角的两组还能工作时也能安全着陆。
但波音 747 设计中，最大的问题还是来自发动机。如果用波音 707 或 B-52 上用的涡喷发动机，波音 747 至少需要 8 台发动机，系统的复杂性和油耗都受不了。特里普对 C-5 上用的通用电气 TF39 大流量比涡扇发动机的低油耗、大推力非常感兴趣。通用电气首创大流量比涡扇，但正忙于将 TF39 和 C-5 整合，没有多余的精力来顾及波音的需要，以 TF39 为基础的 CF6 要到很多年以后才可供波音 747 使用，罗尔斯·罗伊斯的 RB211 和后来的 Trent 系列是更后来的事了。在 CX-HLS 的发动机竟标中落选的普拉特·惠特尼乘虚而入，奉上在 CX-HLS 竟标中落选的和 TF39 同级的 JT-9D。问题在于 JT-9D 是全新的发动机，直到波音 747 样机制成还没有试飞过。TF39 也是全新的发动机，但空军对技术风险的承受能力和认证要求和民航完全不同，这个差别最终给波音 747 计划带来了极大的风险，波音为此几乎砸锅，不过这是后话。