สายการบินแอร์สยามก่อตั้งขึ้นในพ.ศ. 2508 โดยพระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าวรานนท์ธวัช และมีเจ้ากอแก้วประกายกาวิล ณ เชียงใหม่ เจ้านายฝ่ายเหนือร่วมบริหารงานในช่วงหนึ่ง ภายใต้ชื่อ Varan Air-Siam แต่ได้เริ่มให้บริการในปี พ.ศ. 2512 ด้วยเครื่องบิน แมคดอนเนลล์ดักลาส ดีซี-4 เนื่องจากในระยะแรกสายการบินนี้ยังไม่มีเครื่องบินให้บริการ หลังจากนั้นแอร์สยามได้เปิดเส้นทางการบินไปยังฮ่องกง ด้วยเครื่องบิน แมคดอนเนลล์ดักลาส ดีซี-4 หลังจากนั้นใน พ.ศ. 2514 ก็ได้เปิดเส้นทางการบินระหว่าง กรุงเทพมหานคร - ลอสแอนเจลิส ด้วยเครื่องบินดักลาส ดีซี-8-63 พร้อมผู้โดยสารเต็มลำ แต่เส้นทางการบินดังกล่าวได้ถูกเลิกในอีก 10 เดือนให้หลัง เพราะมีผู้โดยสารน้อยและมีการแข่งขันที่สูง[1]

ในระยะต่อมา สายการบินได้ใช้เครื่องบินรุ่น BAC-1-11 สำหรับเที่ยวบินไปยังฮ่องกง และได้เช่าเครื่องบินโบอิ้ง 707-131 เพื่อเปิดเส้นทางการบินไปยังกรุงโตเกียว หลังจากที่สายการบินเริ่มขยายตัวนั้น ได้มีการสั่งซื้อเครื่องบินดักลาส ดีซี-10-30 1 ลำ, แอร์บัส เอ300-บี2-1ซี 1 ลำ, โบอิ้ง 747-148 2 ลำ และ โบอิ้ง 747-206(บี) 1 ลำ

ด้วยเหตุที่ธุรกิจการบินในประเทศไทยได้เจริญเติบโตอย่างมาก และแอร์สยามถูกกดดันอย่างหนักจากนโยบายของทางรัฐบาลไทย ที่จะไม่ให้สายการบินอื่นมาบินในเส้นทางเดียวกันกับสายการบินไทย ซึ่งเป็นสายการบินประจำชาติ สถานการณ์ดังกล่าวทำให้แอร์สยามมีต้นทุนที่สูงมากในการให้บริการ ส่งผลให้แอร์สยามเกิดปัญหาขาดสภาพคล่องทางการเงินอย่างหนัก ทำให้บริษัทที่ให้เช่าเครื่องบินพากันเอาเครื่องบินกลับ บริษัท Air Siam จึงล้มละลายและเลิกทำการบินเมื่อวันที่ 4 กุมภาพันธ์ 1977 เนื่องจากรัฐบาลยึดใบอนุญาต