Опыт эксплуатации самолета EC-121 показал, что было найдено принципиально верное решение авиационной системы обнаружения и управления, однако существующая РЛС не отвечала поставленным целям: в нижней полусфере станция способна засекать цели только на фоне водной поверхности, связное оборудование крайне ненадежно и не обеспечивает надежное управление своими самолетами и передачу информации о воздушной обстановке на командный пункт. Неудовлетворительной была и дальность обнаружения воздушных целей. В начале шестидесятых годов ВВС начали исследовать возможность создания воздушно-мобильной радиолокационной системы, способной обнаруживать и сопровождать низколетящие самолеты на больших расстояниях в условиях постановки помех. Систему предполагалось использовать и для решения задач ПВО, и для управления действиями тактической авиации. Перспективная воздушно-мобильная радиолокационная система получила в США обозначение AWACS (Airborn Warning and Control System).

Окончательно концепция AWACS сформировалась в 1967 году после окончания первого этапа разработки и испытаний РЛС, способной обнаруживать на большом удалении низколетящие цели но фоне любой подстилающей поверхности. В 1968 году компаниям Boeing и McDonnell-Douglas было предложено разработать самолет-носитель РЛС. Обе фирмы предложили модернизировать свои пассажирские лайнеры (Boeing 707 и DC-8-62) с установкой РЛС на пилонах над фюзеляжем во вращающемся обтекателе. Окончательный выбор был сделан в пользу самолета E-3A Sentry компании Boeing.

На первых серийных самолетах устанавливалась РЛС Westinghouse AN/APY-1 с плоской щелевой антенной решеткой с электронным сканированием луча по углу места и механическим по азимуту за счет вращения обтекателя. Электронная ось антенны стабилизируется в пределах 15° для компенсации крена самолета. При патрулировании самолета на высоте 9100м РЛС обеспечивает обзор зоны площадью 31000кв.км, обнаружение 600 целей и одновременное отслеживание 250 из них. Дальность обнаружения целей на уровне земной поверхности 400км, выше горизонта - 480км. РЛС сопряжена с системой обработки данных на основе ЭВМ и цифровой системой приема и передачи данных. В салоне самолета установлены 9 основных и две резервные рабочие консоли с цветными электроннолучевыми индикаторами отображения воздушной обстановки. Самолеты Е-3А имеют мощное навигационное и радиосвязное оборудование, две инерциальные навигационные системы, радионавигационную систему, доплеровский измеритель скорости сноса, 13 радиостанций различных диапазонов. Экипаж самолета Е-3А состоит из двух пилотов, штурмана, бортинженера и 13 специалистов по эксплуатации бортового радиоэлектронного оборудования.

Первый самолет E-3A был передан ВВС США в марте 1977 года. Начиная с декабря 1981 года на самолеты начали устанавливать новые РЛС AN/APY-2, которые могли обнаруживать надводные цели при любом состоянии поверхности моря.

В середине восьмидесятых годов начались работы по модернизации самолетов E-3A. В ходе модернизации самолеты с РЛС AN/APY-1 получили обозначение E-3B, а самолеты с РЛС AN/APY-2 были обозначены E-3C. На самолетах обеих серий заменялись БЦВМ, количество пультов операторов в кабине увеличено до 14, установлена помехозащищенная радиосвязная аппаратура. Обеспечена возможность подвески ракет "воздух-воздух" AIM-9 Sidewinder для самообороны.

Е-3А принят на вооружение в качестве единого самолета ДРЛО стран НАТО. Эти самолеты оборудованы дополнительным радиосвязным оборудованием, позволяющем поддерживать обмен информацией с кораблями ВМС, под крыльями установлены пилоны для подвески контейнеров с аппаратурой РЭБ. Для ВВС Великобритании разработана модификация E-3D с двигателями CFM56-2A-2.