Anos de pesquisas por muitas pessoas ávidas do tão sonhado vôo produziram resultados fracos e lentos, mas contínuos. Em 28 de agosto de 1883, John Joseph Montgomery tornou-se a primeira pessoa a fazer um vôo controlado em uma máquina mais pesada do que o ar, em um planador. Outros aviadores que fizeram vôos semelhantes naquela época foram Otto Lilienthal, Percy Pilcher e Octave Chanute.
No começo do século XX, o primeiro vôo numa máquina mais pesada do que o ar, capaz de gerar a potência e sustentação necessária por si mesmo, foi realizada. Porém, isto é um fato polêmico, em que um de dois aviadores são creditados: o brasileiro Alberto Santos Dumont ou os irmãos americanos Wilbur e Orville Wright.
Santos Dumont é creditados como o responsável pelo primeiro vôo num avião, na maior parte do mundo (principalmente Brasil e França) e o vôo dos irmãos Wright foi realizado em condições anormais, em que o vento rápido favoreceu o vôo, sem controle e foi usado para ele uma catapulta. O avião só pode ser considerado como tal se pode decolar por si próprio, portanto essa tentativa tem crédito apenas nos EUA.[carece de fontes?]
Alberto Santos Dumont Aqui, vista do vôo do 14-Bis, em Paris.Guerras na Europa, em especial, a Primeira Guerra Mundial, serviram como palco de testes para o uso do avião como armamento. Primeiramente visto por generais e comandantes como um "brinquedo", o avião provou ser uma máquina de guerra capaz de causar sérios estragos nas linhas inimigas. Na Primeira Guerra Mundial, grandes ases surgiram, dos quais o maior foi o alemão Barão Vermelho. Do lado aliado, o ás com a maior quantidade de aeronaves abatidas foi René Fonck, da França.
Após a Primeira Guerra Mundial, os aviões passaram por inúmeros avanços tecnológicos. Em 1919, os britânicos John Alcock e Arthur Whitten Brown realizaram a primeira travessia transatlântica em um avião. Associando-se a Sacadura Cabral, Gago Coutinho realizou em 1921 a primeira travessia aérea do Atlântico Sul. Charles Lindbergh tornou-se a primeira pessoa a cruzar o Oceano Atlântico num vôo solo sem escalas, em 20 de maio de 1927. Os primeiros vôos comerciais foram realizados entre os Estados Unidos e o Canadá, em 1919. A turbina a jato estava em desenvolvimento na década de 1930, sendo que aviões a jato militares já estavam operando na década de 1940.
Os aviões desempenharam um papel fundamental na Segunda Guerra Mundial, tendo presença, seja majoritária ou minoritária, em todas as batalhas mais importantes e conhecidas da guerra, especialmente no Ataque a Pearl Harbor, nas batalhas do Pacífico e no Dia D. Também constituíam parte essencial de várias das novas estratégias militares da época, como a Blitzkrieg alemã ou os porta-aviões americanos e japoneses.
O Boeing 707, o primeiro jato transatlântico comercial.Em outubro de 1947, o americano Chuck Yeager, no seu Bell X-1, foi a primeira pessoa a ultrapassar a barreira do som. O recorde mundial de velocidade para um avião de asa fixa tripulada é de 7 297 km/h, Mach 6,1, da aeronave X-15.
Aviões, tanto militares quanto civis, continuaram a alimentar Berlim Ocidental com suprimentos, em 1948, quando o acesso a suprimentos via ferrovias e estradas à cidade, completamente cercada pela Alemanha Oriental, foi bloqueado, por ordem da União Soviética.
O primeiro jato comercial, o De Havilland Comet, foi introduzido em 1952, e o primeiro jato comercial de sucesso, o Boeing 707, ainda nos anos 50. O Boeing 707 iria desenvolver-se posteriomente no Boeing 737, a linha de aviões de passageiros mais usada do mundo,, no Boeing 727, outro avião de passageiros bastante usado, e no Boeing 747, o maior avião comercial do mundo até 2005, quando foi superado pelo Airbus A380.
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