Osmanlı'da askerî havacılık çalışmaları, modern havacılığın başlangıcı kabul edilen Wright kardeşlerin 17 Aralık 1903 tarihinde ilk motorlu uçakla yaptıkları uçuştan kısa bir süre sonra başlamıştır. Osmanlı Hariciye Nezareti'nin 8 Haziran 1908 tarihli bir yazısında, "Osmanlı ülkesinde tayyare ve kabili sevk balonlar ile şehirler arasında posta kolu ve yolcu nakliyatı konularında imtiyaz tanınacağı belirtilerek Berlin ve Viyana elçiliklerinden gelecek bilgiler çerçevesinde tayyarecilik ve balonculuk konularında girişimlerde bulunulacağı" ifade edilmiştir (Kurt-Korkmaz, 2020: 15). Berlin Askerî Ataşesi Kurmay Binbaşı Enver Bey'in 26 Eylül 1909 tarihli balon ve balon topları hakkındaki raporu Osmanlı Genelkurmayı tarafından kabul görerek bu araç gereçlerin temini yolunda çalışmalara başlanması ilk somut adım oldu. Eylül 1910 tarihinde Fransa'nın güneyindeki düzenlenen Picardie'de askerî manevralara Kolağası Mustafa Kemal, Ali Fethi, Binbaşı Selahaddin Bey gözlemci olarak gönderildi.

13 Ekim 1910 tarihinde Osmanlı ordusunun bu alanda geri kalmaması ve öncelikle havacı yetiştirilmesi için birkaç subayın Avrupa'ya gönderilmesi kararlaştırıldı. 1 Haziran 1911 tarihinde Kurmay Yarbay İsmail Bey başkanlığında Tayyare Komisyonu kuruldu. Bu tarih Türk Hava Kuvvetleri Komutanlığı'nın kuruluş tarihi kabul edilir. Bu kurum, havacılık eğitimi için Avrupa'ya gönderilecek personelin belirlenmesiyle hava okulu ve merkezinin kurulmasına yönelik faaliyetleri yürüttü. Daha sonra Kurmay Yarbay Süreyya Bey başkanlığında tayyare mektep ve merkezinin İstanbul'da açılmasına yönelik çalışmaları yürütecek ikinci bir komisyon kuruldu. Bu komisyon yaptığı araştırma ve çalışma sonucunda, Türk ordusunda havacılığın gelişmesi için bir tayyare mektebinin (hava okulu) kurulmasına gerek olduğunu ve Avrupa'da pilotaj eğitiminin çok masraflı olduğunu hava okulunun açılmasıyla daha çok sayıda pilot yetiştirilebileceğini tespit etti. 5 Mart 1912 tarihinde Genelkurmay Başkanlığı hava okulunun kurulmasına yönelik karar verdi ve hava okulunun kurulması ve havacı personel yetiştirilmesine yönelik Fransız REP uçak Fabrikası ile bir sözleşme yapıldı. Yeşilköy'den Safraköy (Sefaköy)'e giden yol ile İstanbul'dan Küçükçekmece'ye giden yolun kesiştiği kavşağın kuzey kısmında kalan bölge hava okulunun yeri olarak belirlendi. Bu arada ilgili tesisler inşa edilmeye başlandı. 3 Temmuz 1912'de hava okulu İstanbul Yeşilköy'de açıldı. Bu okul ile Türk ordusu kendi pilotlarını yetiştirecek okuluna kavuşmuş ve bugünkü Hava Harp Okulu'nun temelleri atılmıştır.

Balkan savaşlarından sonra hava okulu teşkilatı tamamlanmış ve ayrıca tamirhane, depolar, yeraltı benzin tankları, otomobil garajı ile diğer binalar tamamlandı. İlk etapta okula on beş-yirmi pilot adayı alınarak üç ayda eğitim verilmesi planlandı.

I. Dünya Savaşı'nın başlamasıyla birlikte hava okuluna Alman uzmanlar getirildi ve bir kısım pilot adayı da Almanya'ya gönderildi. Almanya'dan gelen çift kişilik ve çift kumandalı eğitim uçaklarıyla emniyetli uçuş eğitimi okulda verilmeye başlandı. Mondros Mütarekesi'ni müteakiben İstanbul'a giren işgal kuvvetleri Yeşilköy'deki hava istasyonu tesislerini işgal edilse de havacılar uçak ve malzemeleri Anadolu yakasındaki Maltepe'ye taşıdılar.

Osmanlı Devleti'nin savaştığı diğer cephelerdeki hava birlikleri Konya'da toplandı. Mütareke hükümlerine göre Hava Kuvvetleri Genel Müfettişliği kadroları boşaltılmış fakat kalan uçaklarla İstanbul, İzmir ve Konya'da birer "hava istasyonu", Elazığ ve Diyarbakır'da da birer "hava bölüğü" oluşturuldu. Millî Mücadele döneminde, Türkiye Büyük Millet Meclisi hükümeti tarafından 13 Haziran 1920 tarihinde Eskişehir'de hava okulu kuruldu. Fransa ile 20 Ekim 1920 tarihinde imzalanan Ankara Antlaşması'ndan sonra hava okulu Adana'ya, takiben Konya'ya, 8 Ağustos 1922 tarihinde yeniden Adana'ya taşındı. İzmir'in işgalden kurtarılmasıyla hava okulu 17 Eylül 1922 tarihinde İzmir'e taşındı.

17 Eylül 1922'de İzmir Seydiköy'de yeniden pilotaj eğitimi verilmeye başlanan hava okulunda bu defa Fransız ve Macar uzmanlar görevlendirildi. Hava okuluna 1922-1923 döneminde otuz subay, pilot ve râsıt alındı. Bir sene sonra pilotaj eğitimi için yabancı ülkelere de subaylar gönderildi. 1923-1924 eğitim öğretim yılında İzmir Hava Okulu'nda; genel tabya, hava araçları ve motor, topoğrafya, fotoğraf, makineli tüfek, nazarî ve tatbikî uçuş dersleri verilmeye başlandı. 1925 yılında iki uçak bölüğünün Eskişehir'e intikali ile Eskişehir Hava Okulu yeniden teşkilatlandırıldı ve eğitimlere başlanıp akrobasi ve fotoğraf derslerini vermek amacıyla yabancı uzmanlar görevlendirildi. 1929 yılında pilotaj eğitiminde iki yıllık uçuş okulu programı esas alınarak birinci sınıfta nazarî bilgiler, ikinci sınıfta uygulamalı uçuş eğitimi verildi. 1930'da pilotaj eğitimi için Fransa ve İngiltere'deki uçuş okullarına ilave olarak İtalya ve Amerika Birleşik Devletleri'ne de subay gönderildi.

1933 yılında Suudi Arabistan hükümeti, Türkiye'deki hava okulunda eğitim alması için on öğrenci göndermeyi talep etmiş ve eğitim masraflarının Suudi Arabistan hükümetine ait olması şartı ile öğrenci talebi kabul edildi.

Bu dönemde lise eğitimini tamamlayan bir öğrenci altı ay er olarak kıta stajı yapıp Kara Harp Okulu'na girerek burada iki yıl eğitim aldıktan sonra subay olmaktaydı. Daha sonra Piyade Atış Okulu'nda eğitim görerek hava okuluna geçmekte ve burada bir yıl râsıt ve bir yıl pilotaj eğitimi alarak kıtaya çıkmaktaydı. Böylece altı yıllık bir eğitimin sonunda pilot olabilmekteydi. 1937'de hava harp doktrini almış akademi mezunu subay ihtiyacını karşılamak amacıyla Harp Akademileri Komutanlığı bünyesinde Hava Harp Akademisi açılarak eğitim ve öğretime başladı.

1939 yılından sonra Türk Hava Kurumu bünyesindeki Türkkuşu'nda C brövesi alıp Yedek Subay Okulu'nu bitirenler arasından yedek hava subayı olmak üzere Eskişehir'deki hava okullarına öğrenci alınmaya başlandı. Hava okulunda öğretmenlik yapmak üzere İngiliz ve Fransız hava subayları davet edildi. 1941-1943 mezunu Kara Harp Okulu mezunu 354 subay, pilotaj eğitimi için İngiliz Kraliyet Hava Kuvvetleri Uçuş Okulu'na gönderildi. Bunlardan 269 subay iki yıl süren uçuş eğitimini başarıyla tamamladılar.

Hava Kuvvetleri Komutanlığı'na bağlı hava okulu, 1947 yılında Hava Makinist Okulu'nu da bünyesine katarak "Hava Okullar Komutanlığı" adını aldı. Hava okulu uçuş okuluna dönüştürülerek verilen râsıt eğitimi kaldırıldı ve okulun süresi bir yıla düşürülüp eğitim programları sadece pilotaj olarak belirlendi. Böylece uçucu subayların lise eğitiminden sonra yetiştirilme süresi üç buçuk yıla indi.

Hava Kuvvetleri Komutanlığı'nın envanterine jet uçaklarının girmesi kararı alındıktan sonra 1950 yılında Amerika Birleşik Devletleri'ne jet uçağı eğitimi almak için sekiz subay gönderildi. Askerî havacılık teknolojisindeki gelişmeler üzerine Eskişehir'de bulunan hava okulları, Hava Harp Okulu'na dönüştürülerek, 1 Ekim 1951 tarihinde elli sekiz öğrenci ile eğitim öğretime başlandı. Böylece Hava Kuvvetleri Komutanlığı hava subaylarını doğrudan bünyesinde yetiştirmeye başladı.

Hava Harp Okulu'nun bu ilk döneminde dersler üç grupta toplanmıştır: Genel kültür dersleri: Hava, kara ve deniz tabiyesi, topoğrafya, harp tarihi, Türkiye Cumhuriyeti inkılap tarihi, hukuk bilgisi ve iç hizmet talimatı; meslekî dersler: Teknoloji, motor, tayyare, uçuş, atış ve bombardıman nazariyatı, hava seyrüseferi, hava fotoğrafçılığı, havadan keşif, meteoroloji, tayyare tanıma ve teşhis; kamplar: Eğitim öğretim yılının başında ve sonunda birer aylık süreler halinde sportif faaliyetler.

Hava Harp Okulu 30 Ağustos 1953 tarihinde elli altı subay ile ilk subay mezunlarını verdi. Aynı gün Hava Harp Okulu'na alay sancağı, cumhurbaşkanı adına Hava Kuvvetleri Komutan Vekili Korgeneral Fevzi Uçaner tarafından okul komutanına teslim edildi. Hava Harp Okulu, yeni kadro ve teşkilatında yapılan değişikliklerin ardından 17 Eylül 1954 tarihinde Eskişehir'den İzmir'e taşındı. Bir sene sonra okula ilk defa yedi kız öğrenci alındı. Bu uygulama 1956'da altı, 1957'de üç, 1958'de bir ve 1959'da yedi kız öğrenci ile devam etti. 1960'ta harp okullarına kız öğrenci alınmasına son verildi. 1955'te Hava Harp Okulu'nda eğitim almak amacıyla Libya'dan öğrenciler de kabul edildi.

1967'de Hava Harp Okulu'nun İstanbul'a taşınmasına karar verildi. Bu yeni okulda dersler "askerî dersler", "fen bilimleri", "sosyal bilimler" kategorilerine ayrıldı. Hava Harp Okulu öğrencileri 1967-1968 eğitim öğretim yılı sonunda Odayeri'nde (İstanbul-Kilyos yakınlarında) tatbikî eğitimlerini yapmaya başladılar. 1970'ten itibaren ise Yalova'da tatbikî eğitime başlandı.

Bakanlar Kurulu'nun 20 Kasım 1969 tarihli kararı ile Muvazzaf Zabit Yetiştirmek ve Ordu Zabitlerine Yüksek İktidar ve Tahsil Vermek Talimatnamesi'nde değişiklik yapılarak harp okullarındaki eğitim öğretim süresi üç yıla çıkarıldı (Resmî Gazete, 17 Aralık 1969: 1). Harp okullarının hukukî durumu Türkiye Büyük Millet Meclisi'nin 4 Ağustos 1971 tarihinde kabul ettiği 1462 sayılı Harp Okulları Kanunu ile yeniden belirlenmiş, genel akademik derslerin akademik kariyere sahip sivil ve asker öğretim elemanları tarafından verilmesi sağlanmıştır. Hava Harp Okulu'nun eğitim ve öğretim süresi, 1462 sayılı Harp Okulları Kanunu'na dayanarak Genelkurmay Başkanlığı'nın 7 Mart 1974 tarihli emri ile 1974-1975 eğitim öğretim yılından itibaren uygulanmak ve lisans seviyesinde öğretim yapılmak amacıyla dört yıla çıkarıldı. Hava kuvvetlerinin ihtiyaçları göz önünde tutularak uçak, işletme ve elektrik-elektronik bölümleri kuruldu.

Hava Harp Okulu'na, 1992 yılından sonra yeniden kız öğrenciler kabul edilmeye başlandı. İkili savunma ve eğitim iş birliği antlaşmaları çerçevesinde dost ve müttefik ülkelerden gelen öğrencilere de Hava Harp Okulu'nda eğitim verilmeye devam edildi.

11 Mayıs 2000 tarihinde 4566 sayılı Harp Okulları Kanunu kabul edilerek Hava Kuvvetleri Komutanlığı'nın ihtiyaç duyduğu lisansüstü eğitimlerin Hava Harp Okulu bünyesinde verilmesi amacıyla havacılık, elektronik, bilgisayar ve endüstri mühendisliği alanlarında lisansüstü eğitim verecek Havacılık ve Uzay Teknolojileri Enstitüsü 2001-2002 eğitim öğretim yılından itibaren faaliyetine başladı.

2016 yılında Türk askerî eğitim öğretim sisteminin yeniden yapılandırılması kapsamında Millî Savunma Üniversitesi kurulmasını müteakip Hava Harp Okulu buraya bağlandı (bk. Milli Savunma Üniversitesi). 2017 yılında ilk defa Hava Harp Okulu'na üniversitelerin ara sınıflarından yatay geçişle öğrenci kabul edildi.

Hava Harp Okulu'nda 2017-2018 eğitim öğretim yılından itibaren yabancı dil hazırlık eğitimi verilmeye başlandı ve okulun eğitim süresi beş yıla çıkarılmıştır. Millî Savunma Üniversitesi bünyesinde teşkilat ve kadrosu yeniden yapılandırılan okulda havacılık ve uzay, endüstri, bilgisayar ve elektronik mühendisliği alanlarında eğitim öğretim faaliyetleri devam etmektedir.