การบินในประเทศไทยเริ่มมีบทบาทขึ้นในสมัยพระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว โดยมีนักบินชาวเบลเยี่ยมคือ นายวัลเดน เบอร์น (Vanden Born) ได้นำเครื่องบินแบบออร์วิลล์ ไรท์ (Orwille Wright) มาสาธิตการบินถวายให้ทอดพระเนตร และให้ประชาชนในกรุงเทพฯ ชม เมื่อวันที่ 6 กันยายน พ.ศ. 2454 ณ สนามราชกรีฑาสโมสร ปทุมวัน นับเป็นเครื่องบินลำแรกที่บินเข้ามาในราชอาณาจักร โดย นายพลตรีพระเจ้าน้องยาเธอ กรมหมื่นกำแพงเพชรอัครโยธิน (พลเอก พระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมพระกำแพงเพชรอัครโยธิน) ผู้บัญชาการกองพลที่ 1 รักษาพระองค์ และจเรทหารช่างแห่งกองทัพบก ได้ทรงเป็นผู้โดยสารที่ขึ้นบินทดลองชุดแรก เมื่อเสร็จการแสดงแล้วได้ทรงซื้อเครืองบินนั้นไว้เพื่อประโยชน์แก่การศึกษา และในปี พ.ศ. 2454 นั้นเอง กระทรวงกลาโหม ได้ส่งนายทหารไทย 3 นาย ไปศึกษาวิชาการบิน ณ ประเทศฝรั่งเศส เมืองวันที่ 28 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2454

เมื่อนายทหารทั้ง 3 นาย จบการศึกษา พระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว (รัชกาลที่ 6) ทรงให้จัดซื้อเครื่องบินบรรทุกเรือกลับมาประเทศไทย จำนวน 8 ลำ หลังจากนั้นได้มีการก่อตั้งแผนกการบินทหารโดยใช้สนามราชกรีฑาสโมสรเป็นสนามบิน และสร้างโรงเก็บเครื่องบินขึ้นในบริเวณนั้น และในปี พ.ศ. 2457 กระทรวงกลาโหมได้ดำเนินการก่อสร้างสนามบินดอนเมืองแล้วเสร็จ เพื่อเป็นสนามบินที่ใช้ในกิจการทหาร และได้เลื่อนฐานะแผนกการบินทหารยกขึ้นเป็นกรม และได้เคลื่อนย้ายจากสนามราชกรีฑาสโมสรไปสู่ที่ตั้งใหม่ที่ดอนเมืองจนถึงปี พ.ศ. 2491 ท่าอากาศยานดอนเมืองได้เข้ามาอยู่ในการควบคุมดูแลของกรมการบินพลเรือน กองทัพอากาศ (และในปี พ.ศ. 2499 ได้เปลี่ยนชื่อท่าอากาศยานดอนเมืองเป็นท่าอากาศยานกรุงเทพ แต่ยังคงสังกัดกองทัพอากาศอยู่) ท่าอากาศยานดอนเมืองให้เป็นสนามบินหลักของประเทศ และได้รับการพัฒนาสร้างเสริมต่อเติมมาจนกระทั่งปัจจุบัน

เมื่อ พ.ศ. 2462 ได้มีการทดลองทำการบินรับส่งไปรษณีย์ระหว่างกรุงเทพฯ กับจันทบุรีด้วยเครื่องบินเบรเกต์ (Breguet XIV) ซึ่งเป็นเครื่องบินทหารที่ได้ดัดแปลงมาใช้งานขนส่งทางอากาศ การทดลองทำการบินได้ผลเป็นที่น่าพอใจ ต่อมาจึงได้มีการขนส่งผู้โดยสารในเส้นทางนี้ด้วย จนกระทั่งเมื่อวันที่ 23 มิถุนายน 2463 กรมอากาศยานทหารบกได้เปิดการบินรับส่งไปรษณีย์ระหว่างจังหวัดนครราชสีมากับจังหวัดอุบลราชธานีขึ้น เส้นทางบินได้ขยายออกไปยังจังหวัดอุดรธานี และหนองคาย มีเส้นทางบินอีกสายหนึ่งไปยังจังหวัดพิษณุโลก และเพชรบูรณ์ แม้จะมีการขนส่งผู้โดยสารบ้าง แต่บริการหลักก็ยังคงเป็นไปรษณีย์และเป็นการขนส่งไปยังจังหวัดที่ยังไม่มีรถไฟเชื่อมถึง

ในปี พ.ศ. 2468 ประเทศไทยได้จัดตั้งกองบินพลเรือน กรมบัญชาการกระทรวงพาณิชย์และคมนาคม และจากนั้นการบินพลเรือนของประเทศได้มีหน่วยงานที่ดูแลรับผิดชอบมาโดยตลอด

เมื่อกิจการขนส่งทางอากาศ ได้เจริญรุดหน้าขยายตัวขยายเส้นทางออกไป และมีประสิทธิภาพและความปลอดภัยยิ่งขึ้น ฉะนั้น ในปีพ.ศ. 2476 ได้มีการเปลี่ยนจากกองบินพลเรือนเป็นกองการบินพาณิชย์ สำนักงานปลัดกระทรวง กระทรวงเศรษฐการ ถัดมาในปีพ.ศ. 2477 ย้ายไปสังกัดกรมการขนส่ง ทบวงพาณิชย์และคมนาคม กระทรวงเศรษฐการ[2] จนกระทั่งปี พ.ศ. 2484 กรมการขนส่ง โอนกลับมาขึ้นกับกระทรวงคมนาคม ต่อมา พ.ศ. 2485 ได้มีการแบ่งแยกกองให้ชัดเจนเป็น กองขนส่งทางอากาศ กรมการขนส่ง กระทรวงคมนาคม

ต่อมาปี พ.ศ. 2491 ได้มีการแยกการบินพลเรือน ออกจากการบินทหาร และโอนกิจการให้กระทรวงคมนาคม และปี พ.ศ. 2497 ได้ยกฐานะเป็น สำนักงานการบินพลเรือน แต่ยังสังกัดกรมการขนส่ง กระทรวงคมนาคมอยู่ จนกระทั่ง พ.ศ. 2506 ได้ยกฐานะเป็น กรมการบินพาณิชย์ เมื่อวันที่ 27 พฤศจิกายน 2506 และได้เปลี่ยนชื่อเป็น “กรมการขนส่งทางอากาศ” เมื่อมีการปฏิรูประบบราชการในปี พ.ศ. 2545

และต่อมาได้มีการเปลี่ยนชื่ออีกครั้งเป็น "กรมการบินพลเรือน" มีผลตั้งแต่วันที่ 24 พฤศจิกายน พ.ศ. 2552[3] ต่อมาได้จัดตั้งเป็นกรมท่าอากาศยาน[4] เมื่อวันที่ 3 ตุลาคม พ.ศ. 2558 ตามกฎกระทรวงแบ่งส่วนราชการกรมท่าอากาศยาน กระทรวงคมนาคม พ.ศ. 2558 ซึ่งได้ประกาศลง ราชกิจจานุเบกษา เมื่อวันที่ 2 ตุลาคม 2558 มี นายจุฬา สุขมานพ อธิบดีกรมการบินพลเรือนคนสุดท้ายเป็นอธิบดีกรมท่าอากาศยานคนแรก

โดยอำนาจหน้าที่ของกรมท่าอากาศยานคือการพัฒนาโครงข่ายการบิน ส่งเสริมกิจการท่าอากาศยานรวมถึงการบริหารท่าอากาศยานทั้ง 28 แห่งซึ่งเคยอยู่ภายใต้การบริหารดูแลของ กรมการบินพลเรือน