中国航空研究院的前身是1960年组建的国防部第六研究院。1960年12月，中央军委发文设立航空研究院，番号为国防部第六研究院，隶属国防部建制，在国防科学技术委员会领导下开展工作。后来，航空研究院陆续组建了包括航空主机、发动机、机载系统、飞行试验、材料与工艺等专业在内的近30个研究所，构建了我国航空工业的科研体系。

1988年8月，中国航空研究院成为航空航天部部属综合性科研机构，主要承担航空领域的基础研究、应用研究、型号发展技术攻关、大型试验和技术鉴定、有关新型号的研制生产，开展国际科技业务合作，并对院校科研和研究生工作实施组织管理。

中国航空研究院伴随着航空工业乃至整个国家的改革发展进程，经历了多次变革，管理部门多次调整。但无论如何变化，中国航空研究院的红色基因一脉相传，在我国航空科技和航空工业的创新发展中一直发挥着突出作用。

2008年中国航空工业集团公司整合成立后，根据加快科技创新的需要，积极恢复中国航空研究院功能并推动实体化运行。2016年10月，集团公司整合原中航工业基础院、中航工业经济院、中国航空研究院三家单位的相关资源，组建了新的中国航空研究院。

2016年10月19日，新的中国航空研究院重新组建并正式挂牌成立。研究院重组是航空工业落实国家创新驱动发展战略，深化国有企业改革，推进科技体制改革，致力于把航空研究院打造成为真正的国家级航空研究院，发挥其顶层规划和引领带动作用，为航空科技自主创新注入新动能，加快航空科技自主创新的重要举措。

2019年1月，集团公司工作会明确提出：航空研究院要聚焦“战略性、整体性、前瞻性、基础性、共用性”技术研究，努力成为集团公司自主创新的大本营、航空尖端科技发展的引领者。

2019年5月，谭瑞松董事长到中国航空研究院调研指出：“航空研究院院应该拥有中国航空科学技术最高的技术，成为技术高地”“航空科学技术创新应该是航空研究院最基本的任务、最基础的任务”“航空研究院追求的能飞起来的技术。你的基础越坚实，你们的目标就越明确”“在航空领域的创新，一定不能仅限于理论实践，一定要上天验证才能引领航空装备的发展。”

中国航空研究院主要从事探索研究、预先研究、基础研究和重大关键技术演示验证等工作，研究范围聚焦于技术成熟度1-6级。上与高等院校联合开展技术成熟度1-3级的基础研究，下接企业技术成熟度7-9级的产品研制技术。

中国航空研究院专业能力主要集中在顶层研究、大型试验和技术基础三个部分。通过顶层研究，开展战略性、整体性研究，探索对航空装备发展具有全局性和长远性、对航空工业发展具有综合性和宏观性影响的重大技术；通过气动、结构强度等专业的基础技术研究和专业化大型试验，开展航空基础性领域研究；通过夯实标准、计量、情报、质量、适航、可靠性、档案、管理创新等技术基础能力，开展共用性领域的研究；通过各专业基础领域的研究和创新中心对总体、分系统技术的引领，开展前瞻性领域的研究。