De NAVO schafte E-3A's aan ten behoeve van de centrale NAVO-luchtverdediging. Daarom werd besloten om de bemaningsleden samen te stellen uit luchtmachtpersoneel van alle NAVO-landen; ook kregen de NATO E-3’s registratietekens uit Luxemburg, tot dat moment nooit met een luchtmacht uitgerust.
De eerste NATO E-3 werd operationeel in januari 1982. De ervaring heeft uitgewezen dat de E-3 snel en effectief reageert op crises en wereldwijd kan worden ingezet. Het systeem kan bijna niet gestoord worden en heeft succesvol missies gevlogen terwijl het door zware elektronische tegenmaatregelen werd beïnvloed. Door zijn mobiliteit als AWACS heeft de Sentry een grotere kans oorlog te overleven dan een vaste radarinstallatie op de grond. De vliegroute kan bijvoorbeeld continu aangepast worden aan missie en overlevingsbehoeften.
De E-3 kan meer dan 11 uur achter elkaar missies vliegen zonder bijgetankt te worden. Het bereik en de missietijd kunnen ook aanzienlijk verlengd worden door bijtanken in de lucht en door actief gebruik van een rustcompartiment voor de bemanning.
Deze is afkomstig uit verschillende sectoren en is samengesteld uit verschillende nationaliteiten. Allen hebben een uitgebreide opleiding in hun respectieve vakgebieden achter de rug. De bemanning is onder te verdelen in een
Flightcrew bestaande uit de Aircraft Commander (gezagvoerder); Pilot (tweede vlieger); Flight Navigator (verantwoordelijke voor de juiste positie) en Flight Engineer (verantwoordelijke voor de prestaties van het vliegtuig tijdens de vlucht)
Missioncrew bestaande uit de Tactical Director (missie commandant); Surveillance Controller (leider van het surveillanceteam); Surveillance Operators (deze monitoren het lucht- en grondbeeld); Passive Controller (verantwoordelijk voor zelfbescherming van de E-3A middels passieve detectie van zenders en platforms); Fighter Allocator (verantwoordelijk voor de aansturing van eigen vliegtuigen); Weapon Controllers (bepalen welke toestellen voor specifieke missies worden ingezet bv strike, CAS en airdefense); Comms Systems en Radar Technicians: verantwoordelijken voor de communicatieapparatuur, computersystemen en de radar.
De E-3 Sentry is een aangepaste militaire versie van de commerciële Boeing 707 met de draaiende rotodome boven de romp als voornaamste kenmerk. Deze heeft een diameter van 9,10m, is 1,80m dik en staat 4,20 m boven de romp op twee steunen. De rotodome bevat een naar beneden 'kijkende' Northrop Grumman AN/APY-12 AWACS-radar die het luchtbeeld van boven de grond tot in de stratosfeer bewaakt.
Generatoren op elk van de 4 motoren wekken de MegaWatt vermogen op benodigd voor goede werking van de radar. Middels het IFF-systeem worden de eigen toestellen van vijandelijke onderscheiden. De radar heeft een bereik van meer dan 400 km voor laagvliegende objecten en kan door gebruik van een speciale mode zeer laag vliegende vliegtuigen opsporen en volgen, terwijl die door obstakels voor radarstations op de grond niet zichtbaar zijn. Het bereik voor middelhoog tot hoogvliegende objecten wordt aangegeven als over de horizon en is geheim maar wordt geschat op circa 800 km. Om de bemanning te beschermen tegen de schadelijke uitgezonden HF radarstraling werd de romp van de E-3 speciaal aangepast en werkt deze als een Kooi van Faraday.
Radar en computersystemen van de E-3 Sentry kunnen een breed en gedetailleerd beeld geven van het virtuele slagveld. Dit omvat het opsporen en volgen van vijandelijke schepen en vliegtuigen en de locaties en status van eigen vliegtuigen en schepen.
Tijdens het gevecht wordt ook real-time data verzameld zodat men altijd over het meest actuele luchtbeeld beschikt. Deze informatie kan middels datalink verstuurd worden naar het commando en andere eenheden op de grond of op zee. De E-3 beschikt hiervoor over belangrijke subsystemen voor navigatie, communicatie en dataverwerking.
Op de werkposities van de controllers - de consoles - wordt de door computers verwerkte data zowel grafisch als in tabelvorm op de monitors zichtbaar gemaakt. Alle controllers worden met deze beelden en gegevens voorzien van de basisgegevens voor hun eigenlijke taken
De technische renovatie van de USAF-E-3-vloot staat bekend als het Block 30/35 Modification Program, dat belangrijke verbeteringen inhield op het gebied van:
Electronic Support Measures (ESM), dit t.b.v. passieve detectie van uitgezonden radiogolven, b.v. door radarstations en communicatiecentra.
Joint Tactical Information Ditribution Systems (JTIDS), dit t.b.v. storingsvrije communicatie, voor informatiedistributie, positiebepaling en identificatie mogelijkheden.
Global Positioning System (GPS), een verbeterd satellietgestuurd navigatiesysteem voor precisienavigatie.
Vanaf 1990 ondergingen alle NATO-AWACS-toestellen het Radar System Improvement System (RSIP). Dit was een samenwerkingsverband tussen de VS en de NAVO op het gebied van hardware- en softwaremodificaties aan het bestaande radarsysteem.