แนวความคิดที่ให้มีเครื่องบินใช้ในราชการ ได้เริ่มขึ้นในรัชสมัยของ พระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว รัชกาลที่ ๖ เมื่อชาวเบลเยี่ยมชื่อ Van Den Born ได้นำเครื่องบินแบบออร์วิลไรท์มาแสดงการบินในประเทศไทยเป็นครั้งแรก ณ สนามม้าสระปทุม เพื่อเป็นการแสดงการบินสู่สายตาประชาชนชาวไทยในวันที่ 2 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2453 (ค.ศ. 1911) จอมพล สมเด็จพระอนุชาธิราช เจ้าฟ้าจักรพงษ์ภูวนาถ กรมหลวงพิษณุโลกประชานาถ ขณะนั้นทรงดำรงตำแหน่งเสนาธิการทหารบกทรงเห็นความจำเป็นที่ประเทศไทยจะต้องจัดหาอากาศยานไว้ป้องกันประเทศ จึงทรงดำริจัดตั้งกิจการการบินขึ้นเป็นแผนกหนึ่งของกองทัพบก อยู่ที่สนามราชกรีฑาสโมสร (สนามม้าสระปทุม) อยู่ภายใต้การบังคับบัญชาของนายพลโท พระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมพระกำแพงเพชรอัครโยธิน และส่งนายทหารไปเรียนวิชาการบินที่ประเทศฝรั่งเศส จำนวน 3 นายประกอบด้วย

นายพันตรี หลวงศักดิ์ศัลยาวุธ (สุณี สุวรรณประทีป) ต่อมาเป็น พลอากาศโท พระยาเฉลิมอากาศนายร้อยเอก หลวงอาวุธสิขิกร (หลง สินศุข) ต่อมาเป็น นาวาอากาศเอก พระยาเวหาสยานศิลปสิทธิ์นายร้อยโท ทิพย์ เกตุทัต ต่อมาเป็น นาวาอากาศเอก พระยาทะยานพิฆาตทั้งสามท่านได้เข้าเรียนที่บริษัทนีเออร์ปอร์ต (Nieuport Company) ในเดือนมกราคมปี พ.ศ. 2454

หลังจากท่านทั้งสามสำเร็จวิชาการบิน ก็ได้ซื้อเครื่องบิน 2 แบบ 8 ลำ คือ Nieuport และ Breguet แบบละ 4 ลำ โดยระยะแรกได้ใช้สนามม้าสระปทุมเป็นสนามบิน แต่ด้วยปัญหาบางประการทำให้สนามม้าสระปทุมไม่สามารถรองรับกิจการการบินที่เติบโตขึ้นได้ จอมพลสมเด็จเจ้าฟ้าจักรพงษ์ภูวนาถ ทรงย้ายที่ตั้งแผนกการบิน มาที่ตำบลดอนเมืองตั้งแต่วันที่ 1 มีนาคม พ.ศ. 2457 และทรงยกฐานะแผนกการบิน เป็น"กองบินทหารบก" ในวันที่ 27 มีนาคม พ.ศ. 2457 ต่อมากระทรวงกลาโหมได้ยึดถือวันนี้เป็น "วันที่ระลึกกองทัพอากาศ"

หลังจากนั้นกิจการการบินได้เติบโตเรื่อยมา โดยกองบินทหารบกได้เข้าร่วมรบในสงครามโลกครั้งที่ 1 ในปี พ.ศ. 2460 กับฝ่ายสัมพันธมิตร ทำให้ชื่อเสียงและเกียรติภูมิ ของชาติ เป็นที่ยอมรับ และได้รับการยกย่องเป็นอันมาก และในวันที่ 29 มีนาคม พ.ศ. 2461 กองบินทหารบกจึงได้รับการยกฐานะขึ้นเป็น "กรมอากาศยานทหารบก" หลังจากนั้นในปี พ.ศ. 2464 กระทรวงกลาโหมได้พิจารณาเห็นว่า กำลังทางอากาศไม่ได้เป็นกำลังเฉพาะในด้านยุทธศาสตร์ทางทหารเท่านั้น แต่มีประโยชน์อย่างกว้างขวางต่อกิจการด้านอื่น ๆ อีกด้วย ในวันที่ 1 ธันวาคม พ.ศ. 2464 จึงได้แก้ไขการเรียกชื่อจาก "กรมอากาศยานทหารบก" เป็น "กรมอากาศยาน" โดยให้อยู่ในบังคับบัญชาของรัฐมนตรีว่าการกระทรวงกลาโหมโดยตรง และในวันที่ 12 เมษายน พ.ศ. 2478 จึงได้รับการยกฐานะขึ้นเป็น "กรมทหารอากาศ" และวันที่ 9 เมษายน พ.ศ. 2480 จึงได้รับการยกฐานะขึ้นเป็น "กองทัพอากาศ" มียศและเครื่องแต่งกายเป็นของตนเอง โดยนาวาอากาศเอก พระเวชยันต์รังสฤษฎ์ เป็นผู้บัญชาการทหารอากาศคนแรก จึงถือเอาวันนี้เป็น "วันกองทัพอากาศ" และยกย่องถวายพระเกียรติจอมพล สมเด็จพระอนุชาธิราช เจ้าฟ้าจักรพงษ์ภูวนาถ กรมหลวงพิษณุโลกประชานาถ ว่าเป็น "พระบิดาแห่งกองทัพอากาศไทย" และยกย่องนายทหาร 3 ท่าน ที่ไปเรียนวิชาการบินรุ่นแรกว่าเป็น "บุพการีทหารอากาศ"

กองทัพอากาศได้สร้างวีรกรรมและยุทธเวหาไว้มากมาย โดยเข้าร่วมรบในสงครามโลกครั้งที่ 2 และสงครามอินโดจีน สามารถสร้างความพรั่นพรึงให้กับอริราชศัตรูของชาติได้อย่างมาก

ปัจจุบัน กองทัพอากาศมีกำลังทางอากาศทั้งสิ้น 11 กองบิน กับ 1โรงเรียนการบิน โดยมีอากาศยานรวมเกือบ 320 ลำ

นอกจากนี้ กองทัพอากาศดอนเมือง ยังเคยเป็นสถานที่แข่งขันรายการเกมโชว์ทางโทรทัศน์อัจฉริยะข้ามคืน ล้านที่ 3 อีกด้วย