Крупнейшими заказчиками B-707 были американские Pan American и TWA, благодаря этим авиалайнерам стремительно увеличившие размеры своих авиапарков и сделавшие международные авиаперевозки массовыми и популярными. Вскоре к ним присоединились авиакомпании Западной Европы. Массовое производство В-707 велось в 1960-е годы, когда заказчики получали ежегодно десятки новых машин. Конкуренцию самолёту составлял DC-8, поначалу более успешный за счёт лучшей репутации производителя. После доработок Boeing-707 стал продаваться значительно лучше.

С увеличением объёмов пассажирских перевозок стало очевидно, что Boeing-707 морально устарел. Для своей дальности самолёт обладал слишком малой вместимостью, его двигатели были шумными и неэкономичными. Модернизация лайнера с увеличением вместимости требовала замены планера. В итоге Boeing выпустила на рынок Boeing-747, чем удовлетворила спрос на самолёты большой вместимости для дальних перелётов.

К началу 1970-х число заказов на Boeing-707 резко снизилось. Авиакомпании развитых стран выводили их из парка, активность самолётов данного типа переместилась в страны Азии и Латинской Америки, а затем Африки. В 1978 году серийное производство было прекращено, в 1983 состоялся последний регулярный рейс Boeing-707 в США. Последним крупным оператором пассажирских Boeing-707 был Ливан (до 1998). К началу 2000-х самолёт остался в гражданской эксплуатации (почти исключительно грузовой) в основном в беднейших странах Африки и Латинской Америки. Основной парк ныне летающих Boeing-707 составляют военные модификации.

Множество гражданских пассажирских Boeing 707, отслужив, переделывались в грузовые, военные и исследовательские самолёты, а попавшие на базы хранения служат сейчас источником запчастей и двигателей для всех летающих в настоящее время модификаций 707 и KC-135.