C-141A
Variante NC-141A de la NASA.
El primer modelo de la familia Starlifter, designado como C-141A, podía transportar 138 pasajeros o hasta 28 900 kg de carga. El C-141 también podía transportar cargamentos especiales, como el misil intercontinental Minuteman. Pronto, la USAF descubrió que el volumen de la bodega de carga era relativamente escaso en comparación a la capacidad de carga; normalmente se quedaba sin espacio físico antes de alcanzar su límite de peso máximo a transportar. La NASA se hizo finalmente con el avión de demostración de Lockheed, designado como L-300. El avión fue modificado para albergar el telescopio del Observatorio Aerotransportado Kuiper para su uso a altitudes muy elevadas. Este avión de la NASA fue bautizado como NC-141A y se encuentra actualmente almacenado en el Centro de Investigación de la NASA en Ames, California. C-141B
Un C-141B reabasteciéndose de un KC-10 Extender.
Para corregir las deficiencias percibidas en el modelo original, y para utilizar el C-141 al máximo de sus posibilidades, los 270 C-141A que estaban en servicio fueron alargados, añadiendo el volumen de carga necesario. Estas aeronaves modificadas fueron denominadas C-141B. Secciones adicionales de fuselaje fueron añadidas delante y detrás de las alas, alargando el fuselaje en 7,11 metros. También, en esta versión se modificó el fuselaje para ofrecerle capacidad de reabastecimiento en vuelo. La conversión de estas aeronaves ser realizó entre 1977 y 1982, realizándose la primera entrega en diciembre de 1979. Se estimó que el programa de alargamiento era equivalente a la compra de 90 nuevas aeronaves, en términos de aumento de capacidad. SOLL II En 1994, trece C-141B se modificaron al nivel SOLL II (Special Operations Low-Level II), que ofrecía a la aeronave la capacidad de volar a baja altitud durante la noche, y medidas defensivas mejoradas. Estas aeronaves fueron operadas por el Air Mobility Command, conjuntamente con el Air Force Special Operations Command. C-141C Sesenta y tres aeronaves fueron mejoradas en los años 90 al estándar C-141C, con aviónica y sistemas de navegación mejorados, para disponer de una flota de transporte aéreo moderna hasta que el número de Boeing C-17 Globemaster III fuese suficiente para reemplazarlos.