ท่าอากาศยานขอนแก่น เดิมเป็นท่าอากาศยานเล็กๆ แห่งหนึ่งตั้งอยู่ใจกลางเมืองขอนแก่นอยู่ห่างจากกรุงเทพฯ ทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือ 450 กิโลเมตร มีขนาดทางวิ่งเป็นดินลูกรัง ขนาดกว้าง 30 เมตร และยาว 1,300 เมตร ไม่มีอุปกรณ์สื่อสารเครื่องช่วยการเดินอากาศ การให้สัญญาณเครื่องบินขึ้น – ลง โดยใช้เจ้าหน้าที่ผู้ดูแลท่าอากาศยาน และธงเขียวแดงให้สัญญาณ เมื่อเห็นว่าปลอดภัยนักบินก็จะนำเครื่องบินลง

รัฐบาลในสมัยจอมพลสฤษดิ์ ธนะรัชต์ เป็นนายกรัฐมนตรีได้เห็นความสำคัญในการพัฒนาภาคตะวันออกเฉียงเหนือ ให้มีความเจริญทัดเทียมกับภาคอื่น ๆ ของประเทศโดยเฉพาะภาคตะวันออกเฉียงเหนือ ได้เลือกจังหวัดขอนแก่นเป็นศูนย์กลางของภาค และให้เป็นศูนย์กลางพัฒนาที่ตั้งอยู่ระหว่างกลางของภาค สามารถเดินทางไปจังหวัดต่าง ๆ ได้สะดวกโดยทางรถยนต์ และรถไฟในบางจังหวัด แต่ยังขาดการเดินทางโดยทางเครื่องบินซึ่งธุรกิจต่าง ๆ ต้องการความรวดเร็ว ความคล่องตัว การเดินทางโดยเครื่องบินจึงมีความจำเป็นและเห็นสมควรให้เปิดการบินพาณิชย์ขึ้น โดยการให้มีการพัฒนาท่าอากาศยานขอนแก่นที่เดิมแต่ไม่เหมาะสมที่จะขยายปรับปรุง อีกทั้งอยู่ในเขตชุมชนจะทำให้ขยายตัวเมืองไม่ได้ ประกอบกับส่วนราชการต่าง ๆ ของจังหวัดก็มีมากขึ้น ไม่มีที่ปลูกที่ทำการจึงได้ให้จังหวัดขอนแก่นจัดหาที่ดินแห่งใหม่เพื่อทำการก่อสร้างท่าอากาศยานใหม่ทดแทนท่าอากาศยานเดิม โดยมีข้อตกลงระหว่างกระทรวงมหาดไทยและกระทรวงกลาโหม (โดยกองทัพอากาศ) ในที่สุดก็เลือกได้ที่ดินซึ่งเป็นที่สาธารณะ ตั้งอยู่ห่างจากตัวเมืองไปทางทิศตะวันตกประมาณ 8 กิโลเมตร และเป็นที่เหมาะสมที่จะสร้างท่าอากาศยานได้

ในปี พ.ศ. 2505 สำนักงานการบินพลเรือน กรมการขนส่ง กระทรวงคมนาคม ได้เป็นส่วนราชการที่รับผิดชอบในการก่อสร้างท่าอากาศยานขอนแก่นขึ้นใหม่ โดยเริ่มปลูกสร้างคือ อาคารที่ทำการและที่พักผู้โดยสารชั่วคราว(ลักษณะเป็นเรือนไม้) โรงเก็บเครื่องยนต์กำเนิดไฟฟ้า โรงจอดรถยนต์ ทางวิ่งเครื่องบินมีขนาดกว้าง 30 เมตร และยาว 1,000 เมตร ลานจอดขนาดกว้าง 60 เมตร และยาว 90 เมตร พื้นที่ลาดยางแอสฟัลต์

เมื่อวันที่ 6 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2506 บริษัท เดินอากาศไทย จำกัด ได้นำเครื่องบิน ดักลาส ดีซี-3 บรรจุผู้โดยสาร 28 ที่นั่ง ทำการบินเส้นทางกรุงเทพฯ – ขอนแก่น – อุดรธานี – นครพนม – อุบลราชธานี – กรุงเทพฯ เพื่อดำเนินกิจการขนส่งผู้โดยสาร สินค้าและไปรษณียภัณฑ์ ซึ่งเป็นเส้นทางทำการบินมายังจังหวัดขอนแก่นเป็นครั้งแรก ตั้งแต่บัดนั้นเป็นต้นมา

ท่าอากาศยานขอนแก่นได้ประกาศเป็นท่าอากาศยานอนุญาตตามพระราชบัญญัติการเดินอากาศ เมื่อวันที่ 14 สิงหาคม พ.ศ. 2506 และต่อมาประกาศเป็นท่าอากาศยานศุลกากร เมื่อวันที่ 26 สิงหาคม พ.ศ. 2534[6]

ปัจจุบันท่าอากาศยานขอนแก่น มีจำนวนผู้โดยสารมาใช้บริการ ทั้งขาเข้าและขาออก รวมกว่า 3,500 คนต่อวัน หรือ 1.8 ล้านคนต่อปี ซึ่งเกินขีดความสามารถของตัวอาคารหลังเดิมซึ่งสร้างมาตั้งแต่ พ.ศ. 2546

แผนการก่อสร้างและปรับปรุง ท่าอากาศยานขอนแก่น

เนื่องจากมีผู้โดยสารมาใช้บริการเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดความแออัด กระทรวงคมนาคมจึงได้อนุมัติงบประมาณในการปรับปรุงท่าอากาศยานขอนแก่น วงเงิน 2,200 ล้านบาท ได้รับการอนุมัติเมื่อวันที่ 10 ตุลาคม พ.ศ. 2560 โดยแยกเป็น การก่อสร้างอาคารจอดรถหลังใหม่ 7 ชั้น และปรับปรุงอาคารจอดรถหลังเดิมให้สามารถรองรับรถยนต์ได้มากกว่า 1,200 คัน และอาคารผู้โดยสารเป็นอาคารเดิมแต่จะปรับปรุง และขยายขนาดตัวอาคารเก่าออกไป เป็น 45,500 ตารางเมตร โดยมีบันไดเลื่อนในปัจจุบันเป็นจุดกึ่งกลางของอาคารผู้โดยสารใหม่ เป็นอาคาร 3 ชั้น แบ่งเป็น

• ชั้นที่ 1 อาคารผู้โดยสารขาเข้า
• ชั้นที่ 2 อาคารผู้โดยสารขาออก เคาน์เตอร์เช็คอิน 25 จุด รวมทั้งเพิ่มพื้นที่ที่พักผู้โดยสารหลังจากตรวจบัตรโดยสารแล้ว นอกจากนี้ยังมีทำการของศุลกากรและตำรวจตรวจคนเข้าเมือง ตำรวจท่องเที่ยวและตำรวจท้องที่
• ขั้นที่ 3 เป็นที่ตั้งของสำนักงานสายการบิน และสำนักงานของกรมท่าอากาศยาน

ซึ่งได้เริ่มก่อสร้างในวันที่ 23 กันยายน พ.ศ. 2561[7] โดยอาคารผู้โดยสารใหม่นี้จะสามารถรองรับให้บริการผู้โดยสารได้มากกว่า 5.5 ล้านคนต่อปี โดยจะแล้วเสร็จในปี 2564 ซึ่งจะเพิ่มความสามารถในการให้บริการเที่ยวบินพาณิชย์ รองรับเครื่องบินขนาดใหญ่ Airbus A330 , Boeing 777 รวมไปถึงเครื่องบินขนาดกลาง อย่าง Airbus A320 และ Boeing 737 สำหรับการบินต่างประเทศ ซึ่งเมื่อแล้วเสร็จจะทำให้ท่าอากาศยานขอนแก่น มีสะพานเทียบเครื่องบินถึง 4 สะพาน กลายเป็นท่าอากาศยานขนาดใหญ่ และทันสมัยที่สุดของภาคตะวันออกเฉียงเหนือ

นอกจากนี้ กรมท่าอากาศยานยังได้ขอรับงบประมาณปี 2563 ในการขยายลานจอดอากาศยานและแท็กซี่เวย์ เพื่อให้สามารถรองรับอากาศยานเพิ่มขึ้นจาก 5 ลำ เป็น 11 ลำ ในเวลาเดียวกัน[8]