在上世紀50年代末，美國陸軍希望獲得一種新的起重直升機，未來將取代幾年前服役的CH-37重型直升機，後者雖然效能不錯，但它采用活塞發動機作為動力，無法與渦輪軸發動機相媲美。當時西科斯基公司正在研制民用版起重直升機，相關設計正好轉為軍用，這便有了CH-54重型起重直升機。
CH-54是一架非常規設計的飛機，它沒有固定客/貨倉，前部駕駛艙就像是懸吊在機體脊梁下，脊梁、尾梁部份用鋁合金和鋼制成，以保證結構強度，起落架為三點式，主起落架安裝在向兩側伸展的支撐柱上，這樣可以擴大機腹空間，方便吊運大尺寸貨物。
量產型CH-54有兩種動力配置，A型安裝的是普惠T73-P-1渦輪軸發動機，單台輸出4500馬力，B型安裝的是兩台普惠T73-P-700渦輪軸發動機，單台輸出4800馬力，發動機並排裸露安裝在機體上方，驅動鋁合金制成的鉸接6葉主旋翼和4葉尾槳，主旋翼直徑約22公尺。CH-54B型最大飛行速度240千米/小時，最大航程370千米。
CH-54B型直升機最大載荷約12噸，足以起吊一般的榴彈炮、卡車、移動指揮所、移動醫務艙等裝備，設計師專門設計了一種用於人員運輸的矩形吊艙，最高紀錄一次性運輸了90人。
原型機在1962年首飛，美國陸軍在次年訂購了第一批，總共建造了105架。這些飛機很快投入越南戰場，這些直升機經常用於榴彈炮、巡邏艇、工程車的運輸工作，方便美軍快速建立基地，有時也會用它掛載一枚10000磅的BLU-82炸彈，用來炸毀叢林開辟臨時起降點。
該機另一項重要工作是回收其他飛機，前線經常有飛機/直升機受傷，很多迫降的飛機其實「還可以搶救一下」，地面部隊負責找到飛機殘骸、營救幸存機組，CH-54則可以把有價值的機體部份快速吊運回後方，根據統計，CH-54在整個越戰期間回收了超過380架各類飛行器，節約了幾億美元。
不過CH-54的服役時間較短，美國陸軍只使用到70年代，國民警衛隊使用到90年代，它的民用版本被稱為CH-64，總共建造了100架，目前仍有一些在使用。
