Успех самолетов Boeing Model 707 побудил компанию к разработке среднемагистрального облегченного укороченного варианта Model 707-020. Внешне очень похожий на вариант 707-120, он сохранил такой же размах крыла и оперения, но получил другой профиль крыла, увеличенную стреловидность и улучшенную механизацию крыла. Значительные изменения в конструкции самолета привели к новому обозначению Model 720.

Аэродинамические изменения обеспечили улучшение взлетных характеристик и увеличение крейсерской скорости. Длина фюзеляжа была уменьшена на 2,36м по сравнению с самолетом Model 707-120. Снижение запаса топлива сделало возможным облегчение конструкции. Типичная компоновка обеспечивала размещение 38 пассажиров в салоне первого класса и 78 пассажиров в салоне туристического класса. Базовый вариант Model 720 был оснащен четырьмя турбореактивными двигателями Pratt Whitney JT3C-7 тягой 5670кгс.

Первый самолет поднялся в воздух в ноябре 1959 года. Затем последовал улучшенный вариант Model 720В с турбовентиляторными двигателями серии Pratt Whitney JT3D. Они сделали возможным не только эксплуатацию самолетов со значительно более коротких взлетно-посадочных полос, но и несколько увеличили дальность полета, несмотря на возросшую полезную нагрузку. Впервые поднявшийся в воздух в октябре 1960 года, этот вариант поступил в эксплуатацию в марте 1961 года.

Потребность в самолетах Boeing 720 оказалась небольшой и их серийное производство закончилось в 1969 году после выпуска 154 машин.