ก่อนปี พ.ศ. 2493 กองทัพอากาศรับบุคลากรที่ผลิตจากสถาบันการศึกษาอื่นและมหาวิทยาลัยเข้ามาทำงานในกองทัพอากาศ ต่อมาภารกิจและกิจการของกองทัพอากาศมีมากขึ้น ประกอบกับยังไม่มีสถาบันที่จะผลิตนายทหารสัญญาบัตรของตนเอง นอกจากนี้ ทางกองทัพอากาศต้องการนายทหารที่มีความรู้เฉพาะสาขาวิชามากกว่าด้านความรู้ทั่วไป จึงได้เตรียมการเริ่มตั้ง "โรงเรียนนายเรืออากาศ" เพื่อผลิตนายทหารหลักให้กับกองทัพอากาศ แต่ด้วยงบประมาณที่จำกัดประกอบกับปัญหาบางประการจึง ทำให้การก่อตั้งโรงเรียนนายเรืออากาศต้องล่าช้าออกไปนานนับทศวรรษ

พ.ศ. 2493 กรมยุทธศึกษาทหารอากาศ ได้เสนอเสนาธิการทหารอากาศว่า นายทหารของกองทัพอากาศนั้น ควรที่จะได้รับการศึกษา และการฝึกฝนตลอดระยะเวลาที่รับราชการอยู่ในกองทัพอากาศ และในปีต่อมา เสนาธิการทหารอากาศได้มีคำสั่งให้กรมยุทธศึกษาทหารอากาศเตรียมโครงการเพื่อเปิดโรงเรียนนายเรืออากาศโดยละเอียด

โครงการจัดตั้งโรงเรียนนายเรืออากาศได้รับนโยบายและความเห็นชอบจากผู้บัญชาการทหารอากาศในขณะนั้น จึงเสนอโครงการเพื่อขออนุมัติต่อคณะรัฐบาล คณะรัฐมนตรีได้ประชุมลงมติอนุมัติเมื่อ 14 พฤษภาคม พ.ศ. 2495 แต่ยังไม่พร้อมที่จะทำการเปิดสอนได้

ต่อจากนั้นได้ทำการคัดเลือกนักเรียนนายเรืออากาศรุ่นแรก จำนวน 30 นาย และได้เข้ามารายงานตัวเมื่อวันที่ 1 พฤษภาคม พ.ศ. 2496 โดยใช้ตึกเหลือง (กรมสวัสดิการทหารอากาศในปัจจุบัน) ซึ่งนายพลโตโจ้ได้สร้างไว้เพื่อบัญชาการรบในสมัยสงครามมหาเอเชียบูรพาเป็นอาคารเรียนชั่วคราว และได้จัดให้มีพิธีเปิดโรงเรียนขึ้นครั้งแรกเมื่อวันที่ 7 พฤษภาคม พ.ศ. 2496 จึงได้ถือเอาวันดังกล่าวเป็นวันสถาปนาโรงเรียนนายเรืออากาศ

5 สิงหาคม พ.ศ. 2500 ได้มีพิธีวางศิลาฤกษ์อาคารกองบัญชาการ ซึ่งเป็นอาคารหลังแรก ณ ที่ตั้งปัจจุบันบนถนนพหลโยธิน ตรงข้ามกองบัญชาการทหารอากาศ และเมื่อ 24 มิถุนายน พ.ศ. 2506 จึงได้มีพิธีเปิดอาคาร และย้ายมาดำเนินการที่แห่งนี้อย่างเป็นทางการ

7 พฤษภาคม พ.ศ. 2556 พระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร ได้พระราชทานชื่อโรงเรียนใหม่ว่า "โรงเรียนนายเรืออากาศนวมินทกษัตริยาธิราช" ในโอกาสเฉลิมฉลอง 60 ปีของโรงเรียนนายเรืออากาศ [1]