Alla fine degli anni '90 la Boeing voleva fare un aereo chiamato Sonic Cruiser, che sarebbe andato molto veloce. Secondo la Boeing, il 787 consuma il 20% in meno di carburante rispetto al 767 di dimensioni simili. Ma dopo gli attentati dell'11 settembre 2001 i prezzi del carburante salirono, così le compagnie aeree volevano aerei più efficienti piuttosto che più veloci. Boeing cancellò il Sonic Cruiser e lo sostituì nel gennaio 2003 con il "7E7", che all'epoca era il nome in codice del 787. Nel luglio 2003, la Boeing decise di chiamare il nuovo aereo "Dreamliner".
Il 26 aprile 2004, la compagnia aerea giapponese All Nippon Airways divenne il cliente di lancio del 7E7, e si aspettava che l'aereo fosse consegnato nel 2008. Nel 2005 fu rinominato 787.
Il 787 è stato progettato per essere molto più efficiente. Lo ha fatto usando il composito per costruire la maggior parte dell'aereo invece dell'alluminio, il che ha reso l'aereo più leggero. Ha anche usato due nuovi tipi di motori, il General Electric GEnx e il Rolls-Royce Trent 1000. Secondo Boeing questo ha reso il 787 più efficiente del 20% rispetto al 767.
Nel dicembre 2006 Boeing disse che il 787 era più pesante del previsto, quindi l'aereo fu ritardato. Inoltre, Boeing aveva cercato di accorciare i tempi di realizzazione dell'aereo chiedendo ai fornitori di parti di assemblare parti dell'aereo. Questi produttori di parti però non erano abituati al lavoro extra, e questo ha ritardato ancora di più il 787.
Boeing ha iniziato a testare il 787 a terra. Hanno trovato più problemi e l'aereo è stato ritardato ancora di più. Finalmente il 15 dicembre 2009 il 787 fece il suo primo volo. Boeing iniziò a testare l'aereo in volo. Ci furono altri problemi, come un guasto a uno dei motori Rolls-Royce Trent 1000, e un incendio in volo, che ritardò ancora di più l'aereo. Alcune compagnie aeree volevano essere rimborsate per tutti i ritardi. Finalmente nel luglio 2011, Boeing consegnò il suo primo 787 ad ANA.