在F-117的设计中，其外形的设计已不能仅从常规气动力（如升力和阻力）角度来考虑，而必须把外形与隐形联系起来，尽可能做到二者统一。前据介绍F-117A飞机的RCS值只有0.001、0.01平方米（沿方位BCS值），比一个飞行员头盔的RCS值还要小。如此小的RCS值，部分是由于F—117A采用了各种吸波（或透波）材料和表面涂料，但更主要的是由于它采用了独特的多面体外形。
比如，一般来说地面雷达和机载雷达的探测角大都处于飞机轴平面的正负30度范围之内，所以设计师们把F-117A大部分表面的倾角都设计成大于30度，这样就可以将雷达波偏转出去，而避开辐射源。设计师还把F-117A机身表面和转折处设计成使反射波集中于水平面内的几个窄波束，而不是象常规飞机那样全向散射。这样就能使两波束之间的“微弱信号”与背景躁声难以区别。这种波束很窄，以致于雷达不能够得到足够连续的回波信号，而难以确定是飞机目标，还是瞬变噪声。在对待一些小部件的设计上，设计师也作了周密考虑。如座舱盖接缝、起落架舱门和发动机维修舱门，以及机头处的激光照射器边缘都设计成了锯齿状嵌板，并让这些锯齿边缘与上述某窄波束方向垂直，这样其反射波就不会形成另外的波束，而与该窄被束方向一致。
为了防止雷达波进入进气口，设计人员除对发动机进行了专门处理外，重点对进气口进行了特殊设计。进气口用相距1.5厘米的吸波复合材料格栅屏蔽起来，以防止雷达波直接照射到具有强反射特性的发动机风扇叶片上。F-117A的进气口高约0.6米，宽1.5米左右。这么大尺寸的进气口，一可以给发动机提供进气，二可以提供冷却空气。冷却空气从进气口旁路通过，在尾喷口处与发动机的排气混合，然后排出去。这样做，可大大降低发动机的排气温度，减少红外特征。此外，F—117A还采用了V形尾翼（全动式）、埋入式武器舱、可伸缩的天线等。总之，这一切都是为了减小飞机的RCS值，达到隐形的目的。
2003年12月时，编号85-0835的F-117以双灰色涂装对外公开，取代原先的黑色机身涂装。这种新的涂装饰为了支援F-22日间战场作战需求与测试，同时评估为了全天候操作隐形战机所需要的战术和生存需求。这架飞机随即获得灰龙（Grey Dragon）的新昵称，并且移交给驻扎于新墨西哥州Holloman空军基地第53测试与评估大队。 F-117A的几何尺寸与F-15战斗机相当。F-117A的外形与众不同，整架飞机几乎全由直线构成。连机翼和V型尾翼也都采用了没有曲线的菱形翼型，这在战斗机的设计中是前所未有的。对于F-117A的进气口为“网状格栅隐蔽”式，尾喷口为沿展向的“开缝”式（也有人称其为“口琴”式喷口）。没有采用推力矢量控制技术。两侧发动机短舱—止部装有辅助进气口。由于气流通过格栅式逃气口会产生压降，因此发动机效率会有所损失，但在大迎角和侧滑飞行的情况下，格栅式进气口可为发动机提供均匀的气流。辅助进气口只在起飞和复飞时打开使用。F-117A可进行空中加油，加油口位于机身背部。全机干净利索，没有任何明显的突出物，除了机头的4个多功能大气数据探头外就连天线也设计成可上下伸缩的。此外，座舱益框架、起落架舱门和炸弹舱的边缘以及机身后部的平面形状均做成锯齿形，这些便构成了F-117A的独特外形。F-117A的最大重量为23835千克。内部武器舱长4.7米，宽1.75米，可携带2枚900千克的BLU-109激光制导炸弹，也可带AGM-88A、AGM-6S空对地导弹和GBU-15炸弹等。这些武器其它多数战术战斗机均可使用。
F-117A的机载设备也具有很强的通用性，很多都是其它飞机现成或稍加改进就可以：用的东西。其中包括F-16的4余度电传操纵系统，C-130的环境控制系统，F-15的刹车装置，F-15、F-16和A-10的ACES2弹射座椅，以及与其它飞机通用的通信、导航设备和保障系统笺。就连动力装置也与海军的F-18具有较高的通用性；这样做，既可降低成本、减少风险、加快研制进度，同时也易于维护使用。据美国空军官员说，F-117的维修勤务与F-15及F-16类似。其维修费用也与其它战术飞机差不多，只比麦道公司的F-15战斗机略高。在飞行训练方面，F-117A从1983年10月开始装备部队以来，已有175名飞行员飞过这种飞机。据说，凡是飞过F-117A飞机的飞行员都认为该机的起飞、着陆和其它飞行性能都不错。当然，从另一个角度来看，也可以说F-117A并不是什么都是全新的东西。
F-117有许多缺点，这主要是设计时以隐身性能为首要考虑而造成的。如例如速度慢，机动能力差，这主要是因为机身结构、布局为照顾隐身需要，气动性能不佳，发动机则推力减小，并且无加力。尽管如此，但作为世界上第一种隐身战斗轰炸机，已经“名垂青史”啦。它在世界航空史上具有重要的里程碑意义。 F-117A起飞前，驾驶员使用史密斯工业公司的数据传输模件把目标坐标装入航空电子系统。当接近目标时，IRADS自动地对准目标区域，而驾驶员在IRADS系统的专用大型显示器上选择目标和瞄准点。一旦截获目标，则系统就自动地跟踪目标。同时激光装置照射目标并对其进行测距。当飞机接近目标后，系统把目标从前视红外装置(FLIR）移交给下视红外装置(DLIR）。在中空、直线水平飞行时可以精确地投放武器，必要时系统也能进行上仰和拉起轰炸。F-117A也有反舰和空对空能力。空对空攻击的主要目标是空中预警和控制(AEWAC）飞机和远程干扰机。F-117A虽然没有火控雷达，但是IRADS有探测空中和海上目标的搜索状态。不过在空对空作战时需要AWACS飞机或其他系统的支援，以便探测和跟踪目标。在理想条件下IRADS的空对空探测距离在50km以上。
F-117没有装火控雷达，主要靠位于风挡玻璃下面的双视场前视红外传感器进行探测和火控瞄准。该传感器窗口保形布置，覆盖有细小格栅，起到电磁屏蔽的作用，从而使得窗口与机体表面形成一个相对于电磁波而言平整的整体，降低了RCS。可收放的下视红外和激光指示仪位于前机身下前起落架舱右侧，上述红外探测器均由得克萨斯仪表公司研制。座舱内装有基于凯撒公司AN/AVQ-28的平显，大屏幕前视红外下视显示器，其两侧有两个多功能阴极射线管。机身下面主起落架舱前的机身骨架上有可收放无线电天线。其他系统包括霍尼韦尔公司的雷达高度表、惯导、大气数据计算机和多功能显示系统，IBM公司的AP-102任务计算机；GEC公司的飞控计算机/导航接口和自动驾驶计算机（NIAC）系统；扩展数据传输系统和高度/方向参考系统；数字式活动地图等。在第三阶段的改进中，F-117将装备多功能显示器、得克萨斯仪表公司的红外捕捉与指示系统(IRADS）、环形激光陀螺惯导系统和GPS等，还计划携带TARPS侦察吊舱。值得注意的是F-117的机背表面装有伸缩式角反射器，在和平时期进出机场或特殊情况下伸出，增大雷达反射面积，以便指挥或航空管制人员用雷达可探测到这种隐身飞机。得克萨斯仪表公司的可收放的下视红外传感器和激光指示器以及双视场的前视红外传感器，IBM公司的AP-102任务计算机、GEC-马可尼公司的飞行控制计算机/导航接口和自动驾驶计算机系统，霍尼韦尔公司的SPN-GEANS惯性导航系统（自1991年已被H-423/E环形激光陀螺仪取代）和雷达高度表，扩展的数据传输系统和高度/方向参考系统，以及GPS和数字式活动地图等。 F-117的动力系统同样专门为隐身做了细致周全的考虑。该机采用两台GE通用电气公司的F404-GE-F1D2不加力涡扇发动机，单台推力48千牛（4898公斤）。矩形进气道配有2.5×1.5厘米的金属加热网，可以防冰，更重要的是可减小进入进气道内的雷达波。辅助进气门位于同一水平面内靠后一点的地方，部分冷气绕过发动机与排气混合进行冷却。后机身有呈“鸭嘴兽”嘴巴形状的窄缝发动机喷口，1.65米长，0.10米高，下唇口较长，上面贴有航天飞机使用的那种防热瓦，喷口内有11片垂直的导流片。下边缘有向后上方翘起的斜板，减弱了机尾后的雷达反射，对红外辐射也有遮挡作用。通过与冷空气的充分混合，排气温度仅有66℃，大大提高了红外隐身效果。埋入式涡扇发动机和特殊的进/排气装置，使发动机噪音大为降低，具有一定的声隐身能力。为减小发动机压气机叶片、进气道和进气口的雷达反射，进气口还加装了复合材料隔栅，其电阻率由内向外渐变，以便与自由空间电磁分部规律匹配。发动机装有由森德斯特兰德（Sundstrand）公司研制的空气涡轮启动器。在座舱后部有可收放空中加油受油口，在座舱顶部有夜间加油照明灯。此外F-117的内部武器舱可选挂副油箱。
F-117后期逐渐换装推力更大的F412涡扇发动机。F412发动机原本是给A-12隐身攻击机使用的，但A-12计划已取消。由于推力加大，F-117的速度也增大至接近音速。有美国航空爱好者曾测量到F-117的速度已经略略超过音速。 F-117的单座座舱装有麦克唐纳·道格拉斯公司的ACESII零-零弹射座椅。座舱玻璃分成五块，一块为整块风挡。所有玻璃均镀金以散射雷达波，铰接座舱盖向后上方打开。F-117装有GEC公司的四余度电传操纵系统，由机头的四个全方位空速管获得数据，与F-16的电传操纵系统相类似。这四个空速管是机身上极少数破坏隐身的外露设备之一。机上采用了爱理德·西格诺公司的环境控制系统、辅助动力系统和应急动力系统。
