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军用运输机在作战条件下对机场和航路的适应性，以及主要通过尽量缩短在战区起降装卸时间体现的生存能力的特点，决定了作为一种武器系统的效能。所以军用运输机根据所要执行的任务，而必须要具有以下设计特点。
大多数大型军用运输机采用的都是：上单翼设计、翼吊涡扇发动机、椭圆形宽机身、上翘的后机身+货舱后大门、单垂尾+高平尾；机翼采用大展弦比超临界翼型，高升力或增升装置包括前缘缝翼或前、后缘襟翼+外吹式襟翼系统等，以满足低空空投、空降操纵稳定性要求并缩短起降滑跑距离。
雷达舱和驾驶舱位于机身前部，气密货舱位于机身中段，并且在舱内备有各种装卸及固定设备，这样可以灵活更换。为了让飞机在低强度混凝土跑道和简易场地起降，主起落架设计成了多轮多支柱结构。起落架收放及地面操纵由电液系统控制，并有机械式备份装置。
大型军用运输机对动力的要求比较高，至少高于民用运输机30%，这样适于翼吊安装低油耗的先进涡扇发动机。大型军用运输机通常装两台以上大推力涡扇发动机，这个发动机多由民用大涵道比涡扇发动机改型而成。单、双发都可以起降，空中停车再启动也不在话下。民用大涵道比涡扇发动机的最大推力已超过400千牛，起飞耗油率降至0.4kg/（daN·h）。比如美国的C-17战略战术运输机，这种运输机装备的是F117发动机，是第二代大涵道比涡扇发动机，和第一代相比除了大风扇叶片特有的气动结构外，还采用了准三维气动设计方法、可控扩散叶型、单晶涡轮叶片、小展弦比风扇叶片、粉末冶金涡轮盘、主动和被动的压气机和涡轮间隙控制、全权数字电子控制系统和短舱消声技术等节能发动机计划的许多新技术。
运输机采用的多为大型气密舱，内部结构比较多变，根据需要可以快速转换，以适应不同尺寸的载运装备或空投货物，为了提高使用寿命，结构是按疲劳损伤容限设计的，为了减轻结构重量提高载重航程性能，采用了一定比例的经济型复合材料。另外，后大门周边密封、货桥大门功能、大门系统功能可靠性及防差错设计、门锁机构和舱门作动系统、门开启后防抖动设计等也是主要的设计，还有气密载荷作用下非圆剖面的大开口结构强度设计，气密舱结构细节抗疲劳设计和大载重货舱地板设计，大型空投设备和大型货物装卸设备设计及大型货物拦阻网结构设计，零部件、全机三防（防湿热、防盐雾、防霉菌）设计等。
为了提高系统自动化程度，以有效减轻飞行机组人员的工作负担，各国的大型军用运输机采用的多为先进成熟的综合化的航空电子系统；为了提高全天候执行任务和快速装卸能力，运输机多采用先进的通信、导航系统和“玻璃驾驶舱”；为了提高在敌后空投、空降时的战场生存力，加装综合电子战自防护系统；为了降低全寿命期费用，强化了系统监控、故障诊断能力。另外，军用运输机具有先进的飞行控制、飞行管理系统和高性能的地形测控雷达，这是因为军用运输机经常要在复杂的气象条件下、在没有标记或不熟悉的航线上飞行。为了确保飞行安全、使用可靠，所有系统设计均为多余度。
随着技术的革新，今后运输机的航空电子系统将向高度综合化、通用化、模块化、智能化的方向发展。高度综合化的目的是，减小系统的体积和重量，进一步提高系统的信息利用和资源共享能力，提高系统的可靠性、可维修性、可测试性、可扩充性、通用性和生存能力，减轻对后勤保障的要求，降低全寿命周期费用。航空电子与控制应优先发展的关键技术有航迹管理、飞行员/飞行器界面、航空电子与控制综合、控制功能应用、飞机能源和作动器等方面。