Как показали исследования, 80% летающих C-5 имеют высокий остаточный ресурс планера. Это позволило начать программу модернизации всех оставшихся C-5B и C-5C и многих из C-5A. В 1998 году была начата программа модернизации авионики AMP (Avionics Modernization Program). В рамках этой программы самолеты оснащались оборудованием, совместимым с глобальной системой управления воздушным движением, улучшенными системами связи, новыми ЖК дисплеями, улучшенным аэронавигационным оборудованием и новой САУ. Первый полет C-5 AMP состоялся 21 декабря 2002 года.

Следующим этапом модернизации стала программа повышения надежности и ремоторизации RERP (Reliability Enhacement and Re-engining Program). Этим этапом предусматривалась установка новых двигателей GE CF6-80C2, новых пилонов двигателей и вспомогательной силовой установки. Так же планировалась замена силовых элементов фюзеляжа и обшивки, шасси, кабины пилотов и системы кондиционирования. Тяга двигателей CF6 на 22% выше (240 кН), за счет чего дистанция разгона при взлете сокращается на 30%, а скороподъемность на уровне моря возрастает на 38%. Кроме того, возрастает грузоподъемность, и, за счет экономичности новых двигателей, дальность полета. Самолеты C-5, прошедшие обе программы модернизации получили обозначение C-5M Super Galaxy.

Благодаря программам AMP и RERP планируется достигнуть как минимум 75% постоянной готовности летного парка. Всего к модернизации запланировано 111 самолетов C-5.

В 2004 г. компания Lockheed Martin приступила к разработке модернизированного самолёта С-5М Super Galaxy, и летом 2006 г. начались его лётные испытания (первый полет - 19 июня). C-5M, как и его предшественники, предназначен для стратегических грузовых перевозок между театрами военных действий. Максимальная грузоподъёмность самолёта достигает 120 т, что стало возможным, благодаря усилению фюзеляжа. Одновременно обновили силовую установку, заменив двигатели TF39-GE-1C более экономичными CF6-80C2 (F108-GE-100) фирмы General Electric.

Этими же ТРДД (вместо отечественных Д-18) для более экономичных авиаперевозок в интересах NATO предполагалось оснастить и "Русланы". Но не сложилось. В СМИ эту ситуацию "обсасывали" очень долго, но в итоге сошлись на мнении, что американцы побоялись ставить на русские машины свой сверхсекретный двигатель, поскольку его неизбежно скопируют, и заломили за это заведомо непомерную цену. В итоге сегодня NATO оплачивает из своего бюджета "аппетиты" русского Д-18, а Европа, стиснув зубы (а также, заткнув нос и уши) терпит пресловутую "неэкологичность и шумность" нашего авиамотора.

На С-5М установлены также современные системы связи и обработки информации, что позволяет эксплуатировать самолёт в СМУ. В ноябре 2006 г. взлетел второй экземпляр C-5M. Предусмотрено несколько вариантов загрузки самолёта. В частности: 363 полностью экипированных бойца; 36 грузовых платформ 463L; два танка М60 или М1А1; танк М1А1 и две БМП М2 Bradley; четыре танка М551 и автомобиль Нammer, десять ББМ LAV-25; шесть вертолётов Black Hawk; вертолёт СН-47 Chinook; пять БТР М113; два герметизированных контейнера с МБР Minuteman.

Командование американских ВВС планирует с 2009 по 2020 гг модернизировать 111 самолётов С-5А, С-5В м С-5С в вариант С-5М.

Модификация	C-5M
Размах крыла, м	67.89
Длина самолета,м	75.30
Высота самолета,м	19.84
Площадь крыла,м2	576.00
Масса, кг
пустого самолета	153285
нормальная взлетная	348810
максимальная взлетная	381000
Тип двигателя	4 ТРДД General Electric CF6-50
Тяга, кН	4 х 282.5
Максимальная скорость, км/ч	917
Крейсерская скорость, км/ч	888
Практическая дальность, км	6033
Практический потолок, м	10400
Экипаж, чел	7
Полезная нагрузка:	270 солдат или 75 пассажиров и 15 человек персонала или 118387 кг груза