B-17E意外に撃たれもろかったB−17Dに対して、後部胴体を完全に再設計し、背びれの追加、尾部銃座の追加、水平尾翼の再設計等を実施したタイプ。この改造により安定性が向上し、爆撃照準能力も上がっている。その他、コクピット後上方の連装回転銃座など、武装がすべて12.7mm機銃に換装されており、防御能力も飛躍的に向上している。胴体後下部の銃座は、当初、ベンディックス社製のペリスコープを用いた遠隔操作式のものであったが、非常に不便であったため、以降の型で使用されることになる、スペリー社製の人が中に入って操作するタイプにものに変更された。B-17F元々は1934年8月に米陸軍から出された多発爆撃機の競争試作に、ボーイング社がモデル299で応募したものであった。試作機から高性能を発揮していたが、機体サイズとコスト高がネックとなり、一旦はダグラス社のB-18に敗れたが、その高性能と世界情勢の変化等により量産されることとなった。このF型は、E型に対して、翼内燃料タンクの増設、機首武装の強化等、400カ所以上もの改修が施された機体であり、外観上は機首の爆撃機席風防が枠の少ない大型のものになったことで容易に識別ができる。欧州戦線で多用され、ドイツ昼間爆撃の主戦力として重用された。求める米陸軍航空隊の「プロジェクトD」に応募し採用された機体。月に一号機が完成した時には既にキャンセルされており、ただ一機のみ完成した機体は超大型機のデータ収集、エンジンテストベッド及び大型輸送機として用いられた。年まで安全に飛行を続けたが、やがてスクラップ処理されてしまった。