最早於2005年1月28日，787在擁有正式名稱之前，被稱為7E7。在2006年4月26日，即研發計劃推出的一年後，波音在787客機的外觀設計作出改動，包括機鼻長度被改短。
波音787於2009年12月15日進行首次測試飛行。
787-3(已取消)
787-8
787-9
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目前對於787氣動力設計有關的資料非常少，僅知787的機翼設計延續NG737（Next Generation）／777的超臨界機翼設計。超臨界翼的好處在於在高次音速時有較好的氣動力效率，可以減少燃料的消耗並增加飛機的性能，如飛行距離……等。除機翼採用超臨界機翼之外，其餘增加氣動力的設計還有流線機鼻與鯊魚鰭式翼尖小翼與尾翼，估計這些設計約可增加5%的氣動力效率。
波音787使用了音速巡航者提出的技術以及慣用的機體設計。其中受矚目的為波音787主體結構的大部分（包含機身和機翼）將採用複合材料設計，而不是現在常用的鋁合金，此外還使用鈦合金，其中複合材料所佔質量比例提高至50%，而飛機的形狀設計也因此而變得更動感。複合材料不像鋁合金那樣容易發生疲勞和腐蝕現象，密度也比鋁合金小，具有高比強度和易於設計的優點，因此波音787的維修費用會較同級機型更低，而最大航速更大，更節省燃油，更環保。
787發展之初，為了要選用複合材料還是鋁料做過多次的比較。鋁的優點是其施工容易且技術成熟，價錢方面也能夠降低成本，但近年來複合材料的發展，對於複合材料的特性已經完全能掌控，質輕強度夠是複材的優點，且複合材料能夠埋入光纖管來監控飛機的狀況，對於後期的維護成本跟安全上都能達到最新的飛機需求，就是至少能夠性能提昇20%以上。因此波音最後決定大量始用複合材料來當做787的主要機身、結構，且複合材料應用在發動機壓縮器葉片跟主葉片的技術已經純熟，也將複合材料大量應用在發動機的葉片、發動機罩等部份。
787為了能夠跟市場競爭，並吸引航空公司的買氣，因此在概念設計時就已經定義出飛機的性能要超越舊型至少20%以上，且重點在維修成本的降低跟維修的方便性與產品的可靠度，以下是波音在簡報上所提的性能需求
由上面的需求可以知道為什麼787要用複合材料來當做飛機的主要材料，因為只有複合材料才能符合新的性能需求：
波音787除具有特殊機鼻設計、新翼端概念與雕塑垂尾結構等外型設計外，並提供兩種發動機架構作為選擇，分別為奇異的GEnx及勞斯萊斯的特倫特1000發動機，不同廠商的787發動機均有著相同的標準介面，因此航空公司可把飛機的發動機互換，不存在不相容的問題。
波音787的客艙比其他中型飛機要寬，座椅也比其他任何民用飛機的座椅寬許多，並採用兩行通道設計，通道的寬度即使太胖的乘客也很容易繞過正在供餐的餐車。
機艙內以發光二極體提供照明，取代傳統使用的熒光燈。飛機入口配以新穎的照明燈光，營造出頭頂即是天空的感覺，天空特色的艙頂一直貫穿整個客艙，一些區域還採用了弧形設計，使客艙實現了比例適當的房間式分區，機組還可以在飛行中控制天空特色艙頂的亮度和顏色。需要時，乘務員可以為乘客提供白天的感覺，而當乘客需要休息時，艙頂則可模擬美麗的夜色。
機艙以重複的大弧度拱形結構、動態照明以及飛行中可以由乘客調整透明度的電子遮光簾為特色，並利用可以變幻色彩及明亮度的LED陣列營造出模擬「天空」的天花板效果。
787的舷窗比目前民用飛機中的大一倍，窗的位置亦更高，所以無論坐在飛機的什麼位置，乘客都能看到地平線。機身舷窗有別於過往使用隔板，而改用電致變色的原理調整明暗，減少窗外射入的眩光及維持透明。
頂部行李艙是目前業內最大的，每個乘客都可將任一尺寸的拉杆式行李箱置於艙內，而寬敞的洗手間大得足以容納一個標準尺寸的輪椅。
波音787的空間設計概念提供顧客良好的機艙航行環境和舒適性，其加大空間讓乘客有更寬廣的活動空間，特殊燈光設計與發光二極體使用讓人有種新奇的感覺。
| 機型 | 787-8 | 787-9 | 787-10 |
|---|---|---|---|
| 機師數 | 2 | ||
| 座位數 | 210 ~ 250 | 250 ~ 290 | 320~330 |
| 長度 | 186英尺（57公尺） | 206英尺（63公尺）} | 224英尺（68公尺） |
| 翼展 | 197英尺（60公尺） | ||
| 後掠翼 | 32.2° | ||
| 高度 | 16.92 m | ||
| 機身高 | 5.91 m | ||
| 機身寬 | 5.75 m | ||
| 座艙寬 | 5.49 m | ||
| 載貨容量 | 4,882 ft³（137 m³）28 LD3 | 6,086 ft³（172 m³）36 LD3 | 6,187 ft³（175 m³）40 LD3 |
| 空重 | 110,000 kg | 115,000 kg | N/A |
| 最大起飛重量 | 228,000 kg | 247,000 kg | 247,000 kg |
| 巡航速率 | 0.85馬赫（Mach）（903 km/h, 561英里（mph），487節（knots），於40,000英呎高空/12.19 km） | ||
| 最高巡航速率 | 0.89馬赫（945 km/h，587英哩，510節，於40,000英呎高空／12.19 km） | ||
| 滿載航距 | 7,650 ~ 8,200 nmi （14,200 ~ 15,200 km） |
8,000 ~ 8,500 nmi （14,800 ~ 15,750 km） |
7,000 nmi （13000 km） |
| 最大燃油容量 | 126,918 L | 138,898 L | 138,898 L |
| 實用升限 | 43,000英尺（13,106.4公尺） | ||
| 發動機 （×2） | 通用電氣（奇異／General Electric）GEnx 或 勞斯萊斯（Rolls-Royce Trent）Trent 1000 | ||
| 最大發動機推力能力 | 64000 lbf（280 kN） | 71000 lbf（320 kN） | 76,000 lbf (340 kN) |
2013年1月16日，由於連續出現安全故障，美國聯邦航總署宣布暫時停飛所有波音787夢幻客機。
雖然再經過修改電池設計之後，美國聯邦航總署於2013年4月25日同意修改後的波音787客機恢復飛行，但造成原本鋰電池起火的原因仍未找出。改良後的鋰電池已進行超過10萬小時測試，沒有安全問題，並已為787客機的電池添加多重保護，包括將電池裝入可保持無氧狀態的不鏽鋼容器，消除起火可能。
