Dzięki takiemu rozwiązaniu samoloty pasażerskie byłyby mniej uzależnione od warunków pogodowych, a tym samym zdecydowanie bardziej efektywne.
Pierwsze prace projektowe nad modelem 307 rozpoczęto w grudniu 1935, konstrukcja pierwszego egzemplarza rozpoczęła się dopiero w 1937, po otrzymaniu pierwszego zamówienia od linii lotniczych.
Prace projektowe Podstawowym problemem jaki należało rozwiązać przy projektowaniu samolotu była możliwość zapewnienia pasażerom warunków do przebywania na pokładzie samolotu lecącego na wysokości 7000 metrów i więcej. W przypadku samolotów wojskowych radzono sobie z tym wyposażając pilota w maskę tlenową, w przypadku maszyn pasażerskich takie rozwiązanie nie wchodziło w grę. Boeing zaprojektował całkowicie nowy, pękaty kadłub, w którym sprężarki firmy General Electric z układem dwóch par zaworów, w locie na pułapie 7000 metrów zapewniały ciśnienie odpowiadające wysokości 3600 metrów. Pozostałe elementy konstrukcji, skrzydła, usterzenie, podwozie, silniki i śmigła zaadaptowano wprost z bombowca B-17C.