ซี-5เอถูกส่งมอบให้กับกองทัพอากาศสหรัฐเมื่อวันที่ 17 ธันวาคม พ.ศ. 2512 ภารกิจแรกของมันเริ่มขึ้นในวันที่ 9 กรกฎาคม พ.ศ. 2513 ในสงครามเวียดนาม ตลอดสงครามซี-5 ถูกใช้เป็นพาหนะขนส่งทหารและอุปกรณ์ มันรวมทั้งรถถังและอากาศยานอีกมาย[11] ซี-5 ยังได้ทำการส่งอาวุธและเสบียงให้กับอิสราเอลในปฏิบัติการนิกเกลกราสเมื่อปีพ.ศ. 2516 อีกด้วย[12]

ในทษวรรษที่ 2523 ซี-5เอถูกปรับแต่งปีกใหม่เพื่อให้มีความจุสูงสุด[5] กองทัพอากาศได้รับซี-5บีลำแรกในวันที่ 28 ธันวาคม พ.ศ. 2528 และลำสุดท้ายในเดือนเมษายน พ.ศ. 2532[13]

ซี-5 เป็นเครื่องบินที่ใหญ่ที่สุดที่เคยปฏิบัติการในแอนตาร์กติกา มันทำการลงจอดที่นั่นเป็นครั้งแรกในปีพ.ศ. 2532[14]

ซี-5เอ 14 ลำถูกปลดประจำการในปีพ.ศ. 2548 เครื่องบินหมายเลข 69-0004 เป็นลำแรกที่ถูกส่งไปืการแยกชิ้นส่วนเพื่อนำไปใช้เป็นอะไหล่ให้กับเครื่องบินลำที่เหลือ ซี-5เอ 13 ลำถูกส่งไปที่ศูนย์ดูแลรักษาเพื่อตรวจหาข้อบกพร่อง เครื่องหมายเลข 66-8306 ถูกส่งไปแยกชิ้นส่วนเหมือนกับหมายเลข 69-0004 ส่วนอีก 12 ลำที่เหลือถูกตรวจพบว่าชำรุด[15]

แหล่งข้อมูลได้กล่าวว่ากองทัพอากาศอาจมองหาเครื่องบินรุ่นใหม่เข้ามาทำหน้าที่แทนและหาข้อมูลจากแอร์บัส เอ380 เพื่อดูว่ามันจะเข้ามาทำหน้าที่แทนซี-5 ได้หรือไม่[16]