Dwa specjalnie zmodyfikowane C-5C Galaxy zbudowano dla NASA, gdzie miały pełnić rolę transportowców przewożących bardzo duże ładunki do kosmodromu, takie jak satelity, oraz inne elementy niemożliwe do przetransportowania mniejszymi samolotami. W wersji C-5C wprowadzono szereg modyfikacji, z których największą było zainstalowanie drugiego wlotu powietrza dla dodatkowych źródeł zasilania, które mogą stanowić niezależne źródło mocy dla przewożonego ładunku. Samoloty C-5C są pilotowane przez załogi USAF oddelegowane do NASA.
C-5 Galaxy jest największym samolotem, który kiedykolwiek wylądował na Antarktydzie. Na lotnisku Williams Field niedaleko stacji badawczej McMurdo po raz pierwszy przeprowadzono lądowanie C-5 w 1989 roku.
Ocenia się, że resurs płatowców został wykorzystany w około 20%, dlatego w 1998 roku rozpoczęto kolejny program modernizacji maszyn polegający na zaimplementowaniu nowego globalnego systemu zarządzania ruchem lotniczym GATM (Global Air Traffic Management), unowocześnionych systemów nawigacyjnych i zabezpieczających, a także nowego systemu autopilota. Kolejną planowaną modyfikacją jest wymiana silników na nowe, mocniejsze i bardziej niezawodne General Electric CF6-80, oraz nowocześniejsze jednostki APU.