上世紀50年代是航空技術飛速發展的時代，不到十年的時間裡一流戰鬥機的時速就從1000公裡提升到了2000多公裡，剛剛服役沒多久的B-47和B-52轟炸機落伍的速度之快超乎人們的想像。美國認為，必須開發新的、速度更快超音速轟炸機才能保障60年代以後的戰略威懾力，這就是設計B70轟炸機的目的。
上世紀50年代末，可以攜帶核彈頭的洲際彈道飛彈已經問世，但是為什麼還需要有人駕駛的戰略轟戰機？當時基於一個原因，那時戰略核飛彈的命中精度非常差（誤差幾公裡是常態），完全摧毀一個戰略目標可能需要十幾枚彈道核飛彈，而有人駕駛的戰略轟戰機扔下兩枚自由落地的核炸彈就可以完成了。
上世紀50年代，美國空軍非常傾向嘗試全新的技術，因此給予承包商極高度的設計彈性，全權決定武器系統的設定，第一輪參與B-70戰略轟炸機競標的飛機製造公司有六家。
波音和北美公司進入到了第二輪競標，草圖是波音公司的超音速戰略轟炸機方案，18000米高速巡航（亞音速巡航），進入敵方上空時扔掉外機翼和副油箱，速度提升到2.3馬赫突防。但是1957年，贏得競爭的是北美公司的6發方案。按照北美的設計方案；戰略轟戰機在21000米高度時最大時速3馬赫，載彈量達23噸，不加油航程達到14000公裡。
XB-70裝6臺通用電氣公司的J93-GE-3加力渦輪噴氣發動機，加力燃燒室可長時間連續工作。J93 的設計源自 F104和F-4鬼怪戰鬥機使用的 J-79 發動機，僅比 J-79 重約 680 公斤（乾重2300千克），但推力幾乎增加了一倍。不加力推力10000公斤，加力推力13500公斤使用JP6燃料。
最初的設計中B70的發動機採用更高能的JP 4燃料，這種燃料的能量比普通航空煤油高40%。然而，其添加的硼化合物的化合物是有毒的，安全性差且成本高。最後，1959年8月10日，五角大樓取消了高能量燃料方案，也拒絕投資開發採用此燃料的J93-GE-5發動機。
主副駕駛
上世紀60年代初期，蘇聯在地空飛彈技術方面有幅度不小的進步，讓美國空軍意識到這是對利用高度與速度滲透敵方防禦的策略一個很嚴重的威脅。1961年4月，美國國防部長羅伯特.麥克納馬拉（美國飛機和汽車工業的「邪惡天才」）攻擊了整個XB-70計劃。按照麥克納馬拉的說法，XB-70不適合丟棄常規炸彈，靠戰略核飛彈進行戰略任務成功率會更高效。
雖然美國有錢，但B-70的研製費用也太高了，原型機成本每架超過7億美元（相當於十幾萬輛凱迪拉克轎車），且與面對地面防空系統時又太過脆弱（當時過高估計了蘇聯地空飛彈的能力），甘迺迪總統在1961年時宣布將XB-70計劃裁減到僅剩研究用途（這也就是而非預產原型機用的「Y」編號），原本計劃製造的第三加原型機也取消了。
軍迷知道米格25是不鏽鋼機身的飛機，其實XB-70的主結構也是。XB70結構採用不鏽鋼的蜂窩夾層結構，其強度與實心鋼板很接近，同時也能使高熱保持在表皮而不致損及機身內部。
1964年9月21日，XB-70進行了首次飛行，和當時的飛機相比，它上上下下都是革命性的，帶來的問題也是複雜的，第一次試飛就碰到了很多意想不到的困難，首先起落架就出了問題。 10月12日，第三次飛行進行了105分鐘，飛行高度達到了10700米，最快飛行速度達到M 1.1馬赫，突破了音障。
1965年10月14日，XB70進行了第十七次飛行，在21335米的高速上飛出了3馬赫的最大飛行速度。按計劃，XB70這次測試中以3馬赫速度飛行5到6分鐘，但2分鐘後，飛行員聽到了強烈的爆破聲音，他關閉了發動機的加力降低飛行速度，這次測試飛行中XB70左側機翼翼尖0.6米的結構脫落了。
解決完第一架XB70原型機上出現的問題，XB-70的第二架原型機在機翼結構上進行了徹底的改良。第二架原型機首次試飛於1965年7月17日，並且在1966年5月19日的一次飛行中，用時33分鐘以3馬赫的速度超音速巡航裡的距離，證明XB70達到了它的設計目標；具有在21000米高度3馬赫超音速巡航的飛行能力。
1966年6月8日，在一場為XB70拍攝空中定裝照而進行的緊密編隊飛行中，攝影師要求密集編隊。XB-70A二號機與跟隨在後面的一架F-104戰鬥機過於接近而發生了空中意外相撞而墜毀。
XB-70的第一架原型機在1969年進行最後一次飛行後，便永遠地離開了天空，被送進了位於俄亥俄州的美國空軍博物館進行收藏。