中国国际航空股份有限公司的前身中国国际航空公司,成立于1988年。中国国际航空公司的前身——民航北京管理局飞行总队于1955年1月1日正式成立。1988年民航北京管理局分设,成立中国国际航空公司。
根据国务院批准通过的《民航体制改革方案》,2002年10月28日,中国国际航空公司联合中国航空总公司和中国西南航空公司,成立了中国航空集团公司,并以联合三方的航空运输资源为基础,组建新的中国国际航空公司。
2004年9月30日,经国务院国有资产监督管理委员会批准,作为中国航空集团公司控股的航空运输主业公司,中国国际航空股份有限公司(以下简称国航)在北京正式成立,继续保留原中国国际航空公司的名称,并使用中国国际航空公司的标志。
2004年12月国航股份进行首次境外发售股票,2004年12月15日,中国国际航空股份有限公司在香港(股票代码0753)和伦敦(交易代码AIRC)成功上市。2006年8月18日中国国际航空股份有限公司成为中国第一家在香港(中国国航)、伦敦(伦敦LSE:AIRC)、中国内地(上海证券交易所股票代码601111)三地上市的航空公司。
2007年底,中国国际航空股份有限公司正式加入“星空联盟”。
2011年,中国国际航空股份有限公司与国泰航空有限公司货运合资项目已正式完成,股权重组后的中国国际货运航空有限公司2011年5月6日在京举行开业庆典。合资后,中国国航持有中国国际货运航空51%的股权,国泰航空持有25%的股权及24%的经济权益。中国国际货运航空董事会有七位董事,其中四位由中国国航委任,三位由国泰航空委任合资公司的货机机队短期内将达到12架波音747-400的货机规模,以上海为主要运营基地。
截至2010年底,中国国际货运航空拥有9架波音747-400货机,是中国民航最大的波音747-400货机机队。 2011年7月21日下午,国内首架最豪华的远程客机波音777-300ER降落在北京首都国际机场。中国国际航空股份有限公司共引进20架波音777-300ER客机。截止2015年2月,国航共有飞机各类327架。
2013年7月,国航开始在机上提供全球卫星通讯互联网服务,乘客将可在机舱内发微博、收邮件并与地面沟通。
2014年4月16日,国航宣布,从将向部分航班上的旅客提供机上宽带互联网服务。旅客将可以通过PC和平板电脑访问新浪、网易、腾讯、银河证券、丽子网等网站、与地面连线召开视频电话会议等服务。新浪微博是国航的独家社交应用合作伙伴。此次升级为宽带是国航上网服务的进一步升级。