上世纪60年代初，美国空军将领就对空天飞机的性能做出一些要求，有关机构开始对空天飞机作探索性试验，当时它被称为“跨大气层飞行器”。20世纪60年代发展的X-15、X-23和X-24等方案，为后来的空天飞机研制奠定了重要的基础。由于当时的技术、经济条件相差太远，且应用需求不明确，因而中途夭折。

80年代中期，在美国的“阿尔法”号永久性空间站计划的刺激下，一些国家对发展载人航天事业的热情普遍高涨，积极参加“阿尔法”号空间站的建造。当时估计，空间站建成后，为了开发和利用太空资源，向空间站运送人员、物资和器材等任务每年将达到数千次之多。这些任务如果用一次性运载火箭、载人飞船或航天飞机来完成，一年的运输费就将达到上百亿美元。为了寻求一种经济的天地往返运输系统，美、英、德、法、日等国纷纷推出了可重复使用的天地往返运输系统方案。 1986年，美国提出研制代号为X-30的完全重复使用的单级水平起阵的“国家航空航天飞机”，重点是对高超音速喷气式发动机技术进行研究，后来又将研究重点转移到了火箭动力航天飞机方面，为研制空天飞机打下基础。

1996年，美国提出了Future-X计划。这个计划被拆成两个子计划，其中规模较小的“探险者”，就是X-37计划，就此X-37B太空战机的实机研制正式展开。

但因为另一个X-33计划在1994年一度被冻结，影响到好几个关键技术的研究进度。为了让几个致力于太空运输方面的研究机构可以继续把他们的实验结果送上太空做高超音速的飞行验证，从1998年底直到1999年7月，波音与NASA签署了4年合作协议，建造一系列验证机中的第一架。 但计划在2004年因经费问题而暂时搁置，改由美国空军接手，自此变成绝密军事项目，期间X-37B太空战机的制造一直在秘密进行中。

X-37B长约8.8米，翼展约4.6米，起飞重量超过5吨。飞机减速离开太空，可以使用范登堡空军基地长4600米、宽61米的跑道着陆。在轨道上，它可以从事情报收集、发射小卫星、测试太空设备，还拥有强大的侦察、攻击和拦截在太空中飞行的导弹的潜力，被军事观察家称为“空天战机的雏形”。飞行速度最高可达25倍音速“如果说航天飞机是一辆大货车，那么X-37B无疑就是一辆动力十足的跑车。”与常规战斗机相比，X-37B虽然块头小，却装有强大的动力装置。借助火箭发射升空时，它的速度可达到25倍音速。在这一速度下，地面雷达很难发现并跟踪X-37B的轨迹。X-37B可凭借自带的太阳能电池和锂电池提供动力，其飞行时间高达270天。