ก่อนที่ท่าอากาศยานนานาชาติซีอานเสียนหยางจะก่อสร้าง ท่อากาศยานของเมืองซีอาน คือ ท่าอากาศยานซีอานซีกวน (IATA: SIA, ICAO: ZLSN) แต่ในปี ค.ศ.1984 สภาแห่งรัฐ และคณะกรรมการกลางการทหารแห่งสาธารณรัฐประชาชนจีน ได้เสนอให้มีการก่อสร้างท่าอากาศยานขนาดใหญ่ขึ้นบริเวณพื้นที่ลานบินเสียนหยาง ซึ่งการก่อสร้างระยะแรกได้เริ่มขึ้นในเดือนสิงหาคม ปี ค.ศ.1987 แล้วเสร็จและเริ่มเปิดให้บริการได้เมื่อวันที่ 1 กันยายน ค.ศ.1991 และในวันเดียวกัน ท่าอากาศยานซีอานซีกวน ได้ปิดให้บริการ

ต่อมา การก่อสร้างระยะที่สองได้เริ่มขึ้นอีกเมื่อเดือนสิงหาคม ปี ค.ศ.2000 แล้วเสร็จและเปิดให้บริการเมื่อวันที่ 16 กันยายน ค.ศ.2003