เครื่องบินดรีมไลเนอร์รุ่น 787-8 ซึ่งเป็นรุ่นที่สั้นที่สุดได้เริ่มทำการบินครั้งแรกเมื่อเดือนธันวาคม ค.ศ. 2009 และรุ่น 787-9 ซึ่งมีพิสัยการบินไกลกว่าเมื่อเดือนกันยายน ค.ศ. 2013 ส่วนรุ่นที่สามารถบินได้ไกลที่สุดคือ 787-10 โดยยังไม่ได้เริ่มทำการบิน

787-8

เครื่องบินรุ่น 787-8 ซึ่งเป็นรุ่นแรกที่เริ่มทำการบินตั้งแต่ปีค.ศ. 2011 นั้นสามารถจุผู้โดยสารได้ 242 คน โดยมีพิสัยบินที่ 7,355 ไมล์ทะเล (13,621 กิโลเมตร) เพื่อใช้มาทดแทนรุ่น 767-200ER และ 767-300ER รวมถึงเพื่อใช้ทำการบินแบบไม่หยุดพักโดยไม่ต้องใช้เครื่องบินที่ใหญ่เกินกว่าความสามารถทางการตลาด เครื่องบินรุ่น 787-8 มีสัดส่วนการผลิตถึง 33% (ข้อมูล ณ เดือนตุลาคม ค.ศ. 2017) โดยได้ทำการส่งมอบแล้ว 348 ลำ

787-9

เครื่องบินรุ่น 787-9 ได้มีการเพิ่มความยาวจากรุ่น 787-8 ถึง 20 ฟุต (6.1 เมตร) และความแข็งแรงของบริเวณลำตัว โดยสามารถมีน้ำหนักบรรทุกสูงสุดถึง 54,500 ปอนด์ (24,700 กก.) และจุผู้โดยสารได้ถึง 280 คน (สำหรับสามชั้นโดยสาร) โดยมีพิสัยบินไกลถึง 7,635 ไมล์ทะเล (14,140 กิโลเมตร) มีจุดประสงค์หลักเพื่อทดแทนเครื่องบินรุ่น 767-400ER และแข่งขันกับแอร์บัส เอ 330 และเพื่อทำการบินระยะไกลแบบไม่ต้องหยุดพัก

ในปีค.ศ. 2005 โบอิงได้วางแผนไว้ว่าจะสามารถเริ่มให้บริการได้ในปีค.ศ. 2010 โดยสารการบินต่างๆ ได้ข้อสรุปสำหรับการตกแต่งภายในห้องโดยสารได้แล้วเสร็จเมื่อ 1 กรกฎาคม ค.ศ. 2010 และได้เริ่มต้นส่งมอบในปีค.ศ. 2014

เครื่องบินต้นแบบของรุ่น 787-9 ได้ทำการขึ้นบินทดสอบครั้งแรกเมื่อ 17 กันยายน ค.ศ. 2013 และได้ถูกนำมาจัดแสดงก่อนการส่งมอบในงานฟาร์นโบโรแอร์โชว์ในปค.ศ. 2014 ต่อมาเมื่อ 8 กรกฎาคม ค.ศ. 2014 แอร์นิวซีแลนด์ ซึ่งเป็นสายการบินปฐมฤกษ์สำหรับเครื่องบินรุ่นนี้ ได้ทำการบินครั้งแรกในพิธีส่งมอบจากสนามบินเพนฟีล โดยเป็นเครื่องบินรุ่นพิเศษตัวถังสีดำ โดยแอร์นิวซีแลนด์ได้เริ่มใช้บินเพื่อการพาณิชย์เป็นครั้งแรกจากออกแลนด์ไปยังซิดนีย์ในวันที่ 9 สิงหาคม ค.ศ. 2014

สายการบินออล นิปปอน แอร์เวย์ ได้เริ่มทำการบินเมื่อวันที่ 7 สิงหาคม ค.ศ. 2014 ยูไนเต็ด แอร์ไลน์จะเริ่มทำการบินแบบต่อเนื่องจากลอสแอนเจลิสถึงเมลเบิร์นในเดือนตุลาคม ค.ศ. 2014 แอร์ไชน่าเริ่มทำการบินระหว่างปักกิ่งถึงเฉิงตูในเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 2016 โดย ณ เดือนตุลาคม ค.ศ.​ 2017 54% ของเครื่องบินรุ่นโบอิง 787 เป็นรุ่น 787-9 โดยมีการส่งมอบไปแล้วกว่า 265 ลำ

ความยาวของเครื่องบินที่เพิ่มขึ้นนั้นเกิดขึ้นจากการเพิ่มชิ้นส่วนขนาดยาวสิบฟุตบริเวณลำตัวเครื่องบินด้านหน้าและด้านท้าย โดยเครื่องบินรุ่น 787-8 และ 787-9 ใช้ชิ้นส่วนอะไหล่ร่วมกับถึง 50% โดยส่วนปีก ลำตัว และระบบการบินของรุ่น 787-8 ได้ถูกนำมาปรับปรุงใหม่เพื่อให้ได้ระยะการบินและน้ำหนักบรรทุกสำหรับรุ่น 787-9

787-10

ในเดือนธันวาคม ค.ศ. 2005 โบอิงได้เริ่มทำโครงการศึกษาความเป็นไปได้ในการขยายขีดความสามารถในการจุผู้โดยสารของรุ่น 787-9 ซึ่งจากเดิมคือ 290 คน เป็น 310 คน โดยเกิดจากการผลักดันของสายการบินที่สนใจคือ เอมิเรตส์ และควอนตัส โดยจะเรียกเป็นชื่อรุ่นว่า 787-10 ซึ่งจะสามารถเทียบได้กับเครื่องบินรุ่นแอร์บัส เอ 350-900 และโบอิง 777-200ER[10] โดยต่อมาได้มีการพูดคุยกันระหว่างสายการบินกับโบอิงจนถึงราวต้นปีค.ศ. 2006[11] ได้มีการเปิดเผยว่าจะมีการพัฒนาเครื่องบินรุ่นนี้ขึ้นแน่นอนเนื่องจากมีสายการบินอื่นที่ให้ความสนใจตามเอมิเรตส์[12]

ต่อมาเมื่อ 30 พฤษภาคม ค.ศ. 2013 สิงค์โปร์แอร์ไลน์ได้ตกลงเป็นสายการบินปฐมฤกษ์โดยตกลงสั่งซื้อเป็นจำนวน 30 ลำ โดยคาดว่าจะส่งมอบได้ราวปีค.ศ. 2018-2019[13][14] และเมื่อ 18 มิถุนายน ค.ศ. 2013 โบอิงได้ทำการเปิดตัวเครื่องบินรุ่น 787-10 อย่างเป็นทางการที่งานปารีสแอร์โชว์ โดยมีคำสั่งซื้อถึง 102 ลำ (แอร์ลีสคอร์เปอเรชั่น 30 ลำ สิงคโปร์แอร์ไลน์ 30 ลำ ยูไนเต็ดแอร์ไลน์ 20 ลำ บริติชแอร์เวย์ 12 ลำ และจีอีแคปิตอล เอวิเอชันเซอร์วิส 10 ลำ)[15]

เครื่องบินรุ่น 787-10 ได้ถูกออกแบบมาเพื่อทดแทนโบอิง 777-200ER แอร์บัส เอ 330 และแอร์บัส เอ 340 โดยจะแข่งขันโดยตรงกับรุ่นเอ 350-900 โดยโบอิงกล่าวว่าสามารถประหยัดเชื้อเพลิงได้ดีกว่าในระยะบินที่ใกล้[16] โดยรุ่น 787-10 จะมีความยาว 224 ฟุต (68 เมตร) โดยจุผู้โดยสารได้ถึง 330 คนในการจัดที่นั่งแบบสองชั้นโดยสาร และมีพิสัยบินที่ 6,430 ไมล์ทะเล (11,910 กิโลเมตร)[17]

โดยการออกแบบนั้น โบอิงได้สรุปแบบของเครื่องบินรุ่น 10 เมื่อวันที่ 2 ธันวาคม ค.ศ. 2015 และได้เริ่มการประกอบในเดือนมีนาคม ค.ศ. 2016 ผู้ออกแบบได้คาดการณ์ว่าจะสามารถใช้ชิ้นส่วนอะไหล่ร่วมกันกับรุ่น 787-9 ถึง 90% ซึ่งสุดท้ายสามารถทำให้เป็นถึง 95% ส่วนต่อขยายซึ่งมีความยาว 18 ฟุต นั้นอยู่ที่บริเวณด้านหน้าของลำตัว 10 ฟุต และส่วนท้าย 8 ฟุต และยังได้เพิ่มความแข็งแรงของปริเวณฐานปีกสำหรับการรับน้ำหนักบรรทุกที่เพิ่มขึ้น โดยความยาวที่เพิ่มขึ้นนั้นทำให้ต้องมีความเสริมการป้องกันในการเกิตอุบัติเหตุที่ส่วนหางในยามนำเครื่องขึ้นและลง และระบบปรับอากาศนั้นมีความจุมากขึ้นถึง 15% เครื่องยนต์นั้นได้มีการใช้ Rolls-Royce Trent 1000 สำหรับรุ่นแรก และรุ่นที่สาม ส่วนรุ่นที่สองนั้นใช้เครื่องยนต์จากคู่แข่ง ได้แก่ General Electric GEnx-1B

ภายในงานดูไบแอร์โชว์ 2017 ได้มีคำสั่งซื้อ 787-10 ถึง 171 ลำ โดยเอมิเรตส์ได้สั่งซื้อจำนวน 40 ลำ โดยมีทั้งรุ่นที่ให้บริการสองชั้นโดยสาร และสามชั้นโดยสาร ซึ่งสามารถจุผู้โดยสารได้ตั้งแต่ 240-330 คน โดยคาดว่าจะส่งมอบได้ในปีค.ศ. 2022