C-141A
Wyprodukowany przez NASA wariant NC-141A.
Pierwszy model z rodziny Starlifter, oznaczony jako C-141A, mógł przewozić 138 pasażerów lub do 28 900 kg ładunku. C-141 mógł również przewozić ładunki specjalne, takie jak pocisk międzykontynentalny Minuteman. USAF szybko odkryły, że pojemność luku bagażowego jest stosunkowo niewielka w porównaniu z ładownością; zwykle brakowało w nim miejsca przed osiągnięciem maksymalnego limitu masy. NASA ostatecznie przyjęła dostawę samolotu demonstracyjnego Lockheeda, oznaczonego jako L-300. Samolot został zmodyfikowany w celu umieszczenia w nim teleskopu Kuiper Airborne Observatory, przeznaczonego do pracy na bardzo dużych wysokościach. Ten samolot NASA został ochrzczony jako NC-141A i jest obecnie przechowywany w Centrum Badawczym NASA Ames w Ames, w Kalifornii. C-141B
A C-141B tankujący z KC-10 Extender.
W celu skorygowania dostrzeżonych braków w oryginalnym modelu, a także w celu wykorzystania w pełni potencjału C-141, 270 będących w służbie C-141A zostało wydłużonych, dodając niezbędną pojemność ładunkową. Te zmodyfikowane samoloty otrzymały oznaczenie C-141B. Dodatkowe sekcje kadłuba zostały dodane przed i za skrzydłami, co wydłużyło kadłub o 7,11 metra. W tej wersji zmodyfikowano również kadłub, aby umożliwić tankowanie w locie. Przebudowa tych samolotów została przeprowadzona w latach 1977-1982, a pierwsza dostawa miała miejsce w grudniu 1979 r. Szacuje się, że program wydłużenia odpowiada zakupowi 90 nowych samolotów, jeśli chodzi o zwiększenie zdolności. SOLL II W 1994 r. trzynaście C-141B zostało zmodyfikowanych do wersji Special Operations Low-Level II (SOLL II), co dało samolotom możliwość latania na małej wysokości w nocy oraz wzmocniło środki obronne. Samoloty te były eksploatowane przez Air Mobility Command, w połączeniu z Air Force Special Operations Command. C-141C W latach 90. sześćdziesiąt trzy samoloty zmodernizowano do standardu C-141C, z ulepszoną awioniką i systemami nawigacyjnymi, aby zapewnić nowoczesną flotę transportu lotniczego do czasu, gdy liczba samolotów Boeing C-17 Globemaster III była wystarczająca, aby je zastąpić.