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Das Geschütz kam erstmals auf dem F-104 Starfighter zum Einbau, sowie später auf der F-105, F-106, F-111 Raven, F-4 Phantom II, B-58, F-15 Eagle, F-16 Fighting Falcon, F-22, F-14 Tomcat und F/A-18. Auch auf der brandneuen F-22 Raptor gehört dieses bewährte Geschütz wieder zur Standardausrüstung.
Gatling-Geschütze haben durch ihre mehrläufige und rotierende Bauweise den großen Vorteil, dass sie in kurzer Zeit eine große Anzahl Kugeln auf das Ziel feuern können. Da nach dem 2. Weltkrieg durch die Einführung von Strahltriebwerken die Flugzeuge und damit der Luftkampf immer schneller wurden, hatten die Piloten weniger Zeit zum schießen, bevor sich das Ziel möglicherweise von der Nase des eigenen Flugzeugs wegbewegte, und der erste Schuss musste treffen. Die eigentlich antiquierten Gatling-Geschütze waren die einzige Bauform, die in der Kürze der Zeit (etwa eine Sekunde) eine "tödliche" Anzahl Geschosse auf das Ziel feuern konnte. Die US Army experimentierte daher ab 1946 im Rahmen des Projekts Vulcan mit Gatling-Geschützen verschiedenen Kalibers. Am vielversprechendsten war dabei das 20 mm-Modell, für das General Electric im Jahr 1956 den ersten Großserienauftrag erhielt. Das neue Flugzeuggeschütz wurde als M61 Vulcan standardisiert.
Die sechs Läufe der M61 sind um einen rotierenden Schaft herum angeordnet. Jedes Rohr wird geladen und feuert, wenn es die oberste Position erreicht hat. Neben der hohen Feuerrate ergibt sich ein geringerer Verschleiß und verminderte Erhitzung der Läufe. Mit einer Feuerrate von standardmäßig etwa 100 Runden pro Sekunde erreicht der Pilot eine Schussdichte, die nach einem 1-Sekunden-Feuerstoß tödlich für das Ziel ist. Die Geschütze können je nach Modell mit 940 (A-D-Modell) oder 500 Schuss (E-Modell) verschiedener Munitionsarten beladen werden, u. a. Zielübungs-, panzerbrechender oder hochexplosiver Munition.
Für die F/A-18 Hornet wurde eine spezielle leichtgewichtige Version des Geschützes entwickelt, die die Bezeichnung M61A2 erhielt. Das verringerte Gewicht wurde hauptsächlich dadurch erreicht, dass man die Wände der Geschützläufe dünner ausführte.