B-52B型
B-52B是第一种批生产型，由B-52A改进而成。
1955年6月开始装备部队，乘员8名，共生产50架。改装J57-P-19W发动机，最大起飞重量190500千克，能执行核轰炸和常规轰炸任务，也能进行照相侦察。在弹舱内可挂照相机和电子侦察短舱。其载弹量与A型相同，装备有MA-6A轰炸/导航系统。尾部炮塔系统包括A-3A火力控制系统和2门20mm机炮；或MD-5火力控制系统和4挺12.7mm机枪。并装备有AN/ALR-18和AN/APR-25等ECM接收机、AN/ALT-16ECM发射机以及AN/ALE-25箔条布洒器等电子干扰设备。
B-52C型
B-52C是B-52B的改进型，结构相同，但改装J57-P-29发动机。1956年3月试飞，6月装备部队，共生产35架。副油箱的容量加大，每个可装5675升燃油，飞机总重增至204000千克。乘员改为6人。载弹量与A型相同，轰炸导航系统为AN/ASQ-48。尾部炮塔系统包括MD-5火力控制系统和4挺12.7mm机枪。
B-52D型
B-52D是C的改进型。共生产170架，1956年12月开始装备部队。弹舱内可挂侦察短舱。航程和重量增加，乘员6人。为了继续服役，1977年作了结构延寿，并装了新型电子设备。大批B-52D型的服役使美空军有了可靠的、全面的对苏战略核轰炸能力。起初其攻击武器与A型相同，1959年和1960年在D型飞机上先后进行了改装AGM-28“大猎犬”导弹和ADM-20“鹌鹑”诱惑导弹的研制工作。1968年，在D型上又进行了改装高密度挂弹架(HDM)的研制工作。改装后常规炸弹的最大载弹量达27210kg。其攻击航空电子系统中，除D型的轰炸导航系统外还增加了导弹控制设备。
B-52E型
B-52E改进了投弹、导航和电子设备。加装AN/ASB-4型轰炸雷达和导航系统。共生产100架。主要是改进了攻击航空电子系统，1957年10月3日首次试飞，总共生产了100架。载弹量和武器配置方案与A型相同。尾部炮塔系统与D型相同。攻击航空电子系统为AN/ASQ-38(V)，其中包括AN/ASB-4雷达、AN/APN-89A多普勒雷达、MD-1和AJA-1等设备。
B-52F型
B-52F改装推力更大的J57-P-43W发动机。1958年6月装备部队，共生产88架。其攻击和防御武器系统部分与E型相同。部分飞机也改装了高密度挂弹架。在越南战争期间，为了适应打常规战争的需要，提高B-52挂载常规炸弹的能力，把部分D型飞机炸弹舱内的箱形炸弹架改装成高密度炸弹架，后来部分F型和G型飞机也作了相应的改装。高密度炸弹架有3A-1、3A-2、3B-1、3BB-1、3BC-1、3BC-2和4A-1等型别，以适应悬挂各种武器。改装后的D型飞机，弹舱内可挂3个高密度炸弹架，每个炸弹架可挂18颗340kg的M117炸弹或28颗227kg的MK82炸弹；每个机翼下可挂12颗340kg的M117炸弹。最多可挂108颗通用炸弹，最大载弹量可达27.2吨。后来B-52F也进行了类似的改装，费用为3040万美元。
B-52G型
B-52G是以F型为基础的重大改进型号。该型号减轻了机身重量，增大航程，可携带空地导弹。最大起飞重量217700千克。1959年2月装备部队，共生产193架。结构减重4500千克，机翼和垂尾基本上是新设计的。垂尾高度降低了2.31米，弦长略有增加，这是辨认G和H型较好的特征。机翼采用长达24.4米的整体壁板，因此加大了翼内油箱容积。外挂副油箱容积减小，且固定在机翼下，因为B-52并不需要抛弃副油箱。机身结构简化，后部射击员座位改为安排在前部乘员舱内，因此取消了后部增压座舱以及相关氧气、通信设备。尾炮因此改为遥控控制。机翼下内侧发动机短舱与机身间加装挂架，可载两枚AGM-28B“猎犬”空地导弹，或ADM-20B“鹌鹑”诱惑导弹。到1991年总共还有138架B-52G在服役，从1992年开始逐步退役。
B-52H型
B-52H是G型的改进型，是B-52最新、最后一个型号。飞机总重221360千克，1960年7月试飞，1961年3月装备部队。共生产102架。改装了推力75.71千牛(7720千克)的TF33-P-3涡扇发动机，因此航程增加10～15%。尾部炮塔的4挺机枪改为一门ASG.21型火控系统控制的M61，6管20mm加特林炮。改用新型的电子对抗系统。在最近几年，该炮已经被新的电子自卫对抗装置取代。内、外发动机短舱间的挂架上，可带金属箔条和红外诱饵发射器。1971年H型第一次改进，内容与B-52G同期改装一样。
1978年95架B-52H又和98架B-52G一起进行了相同的改进。改进后的B-52H没有翼根整流罩。1982年这95架B-52H在弹舱内改装了携带通用战略武器的旋转发射架，每个发射架能携带8枚AGM-86B导弹，此外还能携带SRAM导弹、先进巡航导弹及核炸弹。1989年首架改装完毕的B-52H服役。1993年6月，47架B-52H开始新的改进，包括改进以MIL-STD-1760数据总线为核心的先进武器控制系统，加装GPS全球定位系统。改进后的H型可携16枚“鱼叉”反舰导弹、或6枚AGM-142A空地导弹，或12个联合直接攻击武器(JDAM)，使其常规作战能力大大提高。美国空军保留95架B-52H，一直服役到2000年后。
2018年9月，美国空军宣布将对B-52H战略轰炸机进行升级和改造，计划让这种飞机继续服役到2050年，B-52将挂载高超声速武器，承担防区外打击的重要任务，成为美军“第一代高超声速打击武器作战平台”。
