在上世纪50年代末，美国陆军希望获得一种新的起重直升机，未来将取代几年前服役的CH-37重型直升机，后者虽然性能不错，但它采用活塞发动机作为动力，无法与涡轮轴发动机相媲美。当时西科斯基公司正在研制民用版起重直升机，相关设计正好转为军用，这便有了CH-54重型起重直升机。

CH-54是一架非常规设计的飞机，它没有固定客/货仓，前部驾驶舱就像是悬吊在机体脊梁下，脊梁、尾梁部分用铝合金和钢制成，以保证结构强度，起落架为三点式，主起落架安装在向两侧伸展的支撑柱上，这样可以扩大机腹空间，方便吊运大尺寸货物。

量产型CH-54有两种动力配置，A型安装的是普惠T73-P-1涡轮轴发动机，单台输出4500马力，B型安装的是两台普惠T73-P-700涡轮轴发动机，单台输出4800马力，发动机并排裸露安装在机体上方，驱动铝合金制成的铰接6叶主旋翼和4叶尾桨，主旋翼直径约22米。CH-54B型最大飞行速度240千米/小时，最大航程370千米。

CH-54B型直升机最大载荷约12吨，足以起吊一般的榴弹炮、卡车、移动指挥所、移动医务舱等装备，设计师专门设计了一种用于人员运输的矩形吊舱，最高纪录一次性运输了90人。

原型机在1962年首飞，美国陆军在次年订购了第一批，总共建造了105架。这些飞机很快投入越南战场，这些直升机经常用于榴弹炮、巡逻艇、工程车的运输工作，方便美军快速建立基地，有时也会用它挂载一枚10000磅的BLU-82炸弹，用来炸毁丛林开辟临时起降点。

该机另一项重要工作是回收其他飞机，前线经常有飞机/直升机受伤，很多迫降的飞机其实“还可以抢救一下”，地面部队负责找到飞机残骸、营救幸存机组，CH-54则可以把有价值的机体部分快速吊运回后方，根据统计，CH-54在整个越战期间回收了超过380架各类飞行器，节约了几亿美元。

不过CH-54的服役时间较短，美国陆军只使用到70年代，国民警卫队使用到90年代，它的民用版本被称为CH-64，总共建造了100架，目前仍有一些在使用。