Prace nad stworzeniem specjalnej maszyny, przeznaczonej tylko do tego typu zadań, rozpoczęły się na początku 2011 roku. Budowę samolotu prowadzono w należącym do Scaled Composites (będącego obecnie częścią Northrop Grumman Corporation), specjalnie do tego celu postawionym hangarze w Mojave w Kalifornii. Za całość przedsięwzięcia odpowiada założona przez Paula Allena firma Stratolaunch Systems. W celu obniżenia kosztów budowy, w samolocie zastosowano wiele systemów pochodzących z pasażerskich Boeing 747-400. Do Mojave sprowadzono dwa wycofane z eksploatacji w United Airlines samoloty 747-400. To z nich pochodziły zainstalowane w Modelu 351 silniki, jak również wiele innych elementów, podwozie, awionika, wyposażenie kabiny załogi. Zaprojektowano samolot wykorzystując wcześniejsze doświadczenia zdobyte przy projekcie WhiteKnightTwo. Model 351 jest dwukadłubowym samolotem, którego kadłuby połączone są ze sobą długim centropłatem. Każdy z kadłubów zakończony jest niezależną sekcją ogonową z klasycznym usterzeniem. Na zewnętrznej części kadłuba, pod skrzydłami zawieszono na pylonach sześć silników, po trzy z każdej strony. Załoga samolotu pracuje w prawym kadłubie. Docelowo Stratolaunch miał być zdolny do jednoczesnego wyniesienia trzech rakiet typu Pegasus XL.