ประวัติศาสตร์ด้านการบินของมนุษยชาติอาจกล่าวได้ว่า เริ่มต้นตั้งแต่ปี ค.ศ. ๑๗๘๓ เมื่อ พี่น้องตระกูลมองต์โกลฟิเอร์ (Montgolfier) ผลิตบัลลูนโดยใช้อากาศร้อนนำไปแสดงต่อหน้าพระพักตร์ พระเจ้าหลุยส์ที่ ๑๖ แห่งประเทศฝรั่งเศส โดยบรรทุกบรรดาสัตว์ เช่น แกะ เป็ด และไก่ บัลลูนสามารถขึ้นไปได้สูงถึง ๑,๕๐๐ ฟุต ได้อย่างปลอดภัย ส่วนการบินโดยมนุษย์เกิดขึ้นในวันที่ ๒๑ พฤศจิกายนของปีนั้นเอง โดยให้นักโทษประหารขึ้นไปกับบัลลูนซึ่ง เดอ โรซิเออร์ เป็นผู้ประดิษฐ์การบินด้วยบัลลูนเที่ยวนี้ประสบความสำเร็จ โดยบินได้สูงถึง ๓,๐๐๐ ฟุต ในระยะทาง ๕ ไมล์ ใช้เวลาบิน ๒๐ นาทีและสามารถลงถึงพื้นด้วยความปลอดภัย ต่อมาในวันที่ ๑ ธันวาคม ปีเดียวกัน เดอ โรซิเออร์ ได้ประดิษฐ์บัลลูนบรรจุด้วยก๊าซไฮโดรเจนสามารถขึ้นไปได้สูงถึง ๘,๘๐๐ ฟุต และเขาได้รายงานอาการปวดหูและไซนัสขณะลงสู่พื้นซึ่งถือได้ว่าเป็นการแสดงอุบัติการทางสรีรวิทยาการบินครั้งแรกของโลก ความสำเร็จอันนี้ทำให้ เดอ โรซิเออร์ คิดประดิษฐ์บัลลูนที่ใช้ก๊าซไฮโดรเจนผสมกับอากาศร้อนถึงแม้จะได้รับการเตือนจากหลายฝ่ายว่าจะมีอันตรายแต่เขาก็ฝืนดำเนินการต่อไป การบินในเที่ยวนั้น กิดระเบิดขึ้นและทำให้ เดอ โรซิเออร์ เสียชีวิต เหตุการณ์นี้ถือเป็นรายงานการเสียชีวิตจากอุบัติเหตุอากาศยานเป็นครั้งแรกของโลก
จอห์น เจฟฟรีย์ เป็นแพทย์ชาวอังกฤษซึ่งเกิดในประเทศสหรัฐอเมริกามีความสนใจในด้านการบินมาก เขาและปิแอร์ บลังชาร์คเพื่อนชาวฝรั่งเศสได้ร่วมกันประดิษฐ์บัลลูนและบินข้ามช่องแคบอังกฤษเป็นผลสำเร็จ ในเดือนมกราคม ค.ศ. ๑๗๘๕ ในขณะทำการบินเขาได้ทำการทดสอบหาค่าของแรงดันบาโรมิเตอร์ อุณหภูมิของอากาศ และความชื้น จึงกล่าวได้ว่าเขาเป็นแพทย์คนแรกที่เกี่ยวข้องกับการบิน แต่บุคคลที่สมควรได้รับการยกย่องให้เป็นบิดาของเวชศาสตร์การบิน ได้แก่ พอล เบิร์ต ชาวฝรั่งเศส เขาจบการศึกษาทั้งด้านวิศวกรรมศาสตร์ นิติศาสตร์ และแพทยศาสตร์ เมื่ออายุ ๓๓ ปี และทำการศึกษาการเปลี่ยนแปลงด้านสรีรวิทยาที่เป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงความกดบรรยากาศและได้จัดพิมพ์ผลงานของเขาขึ้นในปี ค.ศ. ๑๘๗๗ ชื่อว่า "การวิจัยแรงดันของบาโรมิเตอร์ทางสรีรวิทยา" จึงถือว่าเขาเป็นแพทย์เวชศาสตร์การบินคนแรกของโลก
จนกระทั่งในปี ค.ศ. ๑๙๐๓ ก็ก้าวมาถึงยุคของการวิจัยและพัฒนาอากาศยานที่หนักกว่าอากาศ โดยพี่น้องตระกูลไรท์ (Wright) ได้ประดิษฐ์เครื่องบินลำแรกได้สำเร็จและทำการบินเมื่อวันที่ ๑๗ ธันวาคม ค.ศ. ๑๙๐๓ เครื่องบินของเขาสามารถลอยในอากาศได้นาน ๑๒ วินาที และไปได้ไกลเป็นระยะทาง ๑๒๐ ฟุต เครื่องบินนั้นประกอบด้วยโครงไม้บุด้วยผ้าและยึดด้วยเส้นลวด กล่าวได้ว่าเป็นการบินด้วยอากาศยานที่หนักกว่าอากาศเป็นครั้งแรก รัฐบาลสหรัฐอเมริกาเล็งเห็นความสำคัญและจัดสรรงบประมาณในโครงการสร้างเครื่องบินอย่างเป็นทางการ ต่อมามีผู้ดัดแปลงเอาเครื่องบินมาใช้ในสงคราม โดยในระยะแรกเพื่อใช้ตรวจสมรภูมิต่อมามีการนำเอาอาวุธปืนมาติดตั้งและใช้ยิงข้าศึกซึ่งเป็นก้าวใหม่อีกก้าวหนึ่งของการบิน แต่ก็หามีผู้ใดสนใจในตัวนักบินผู้ทำการบินว่ามีความผิดปกติอย่างใดหรือไม่ มนุษย์เองก็พยายามดิ้นรนต่อสู้ในเรื่องการบินมาโดยตลอด เมื่อก้าวมาถึงจุดหนึ่งมนุษย์ก็พบอุปสรรคอันเกิดจากร่างกายของมนุษย์เองจุดนั้นก็ คือ การบินเร็วกว่าเสียง เหตุนี้จึงมีการนำความรู้ทางแพทย์โดยเฉพาะสรีรวิทยาและจิตวิทยามาใช้เพื่อปรับปรุงและส่งเสริมการทำงานของมนุษย์ โดยเฉพาะในห้องนักบินของเครื่องบินขนาดใหญ่ที่มีความสลับซับซ้อนซึ่งปัจจุบันสามารถบินได้รอบโลก คนที่มีสุขภาพดีทั่วไปและมีพฤติกรรมที่ไม่ผิดปกติก็สามารถเรียนรู้เรื่องการบินและสามารถขับเครื่องบินขนาดเบาได้อย่างปลอดภัยในสภาพอากาศที่ดีแต่สำหรับนักบิน ทหาร รวมทั้งนักบินพาณิชย์ของสายการบินต่าง ๆ ที่ต้องทำการบินเครื่องบินไอพ่นขนาด ๒๐๐ ตัน ในสภาพอากาศที่เลวร้ายหรือในเวลากลางคืนซึ่งเป็นภารกิจที่ยุ่งยากซับซ้อนจะต้องมีสุขภาพทางร่างกายและจิตใจดีขึ้นไปอีกและองค์ประกอบการบินที่เกี่ยวกับมนุษย์จึงกลายเป็นสิ่งจำเป็นและมีความสำคัญยิ่ง
ในระหว่างสงครามโลกครั้งที่ ๑ กองทัพอากาศเยอรมันเล็งเห็นความสำคัญในเรื่องการบินจึงได้มีการศึกษาค้นคว้าอย่างจริงจังด้านสรีรวิทยาการบิน มีการกำหนดมาตรฐานขั้นต้นกับผู้ที่ต้องการเป็นนักบิน บุคคลเหล่านี้ต้องมีความถนัดเฉพาะทางมีความเหมาะสมและสุขภาพร่างกายดี ในปี ค.ศ. ๑๙๑๕ ได้สถาปนาหน่วยเวชศาสตร์การบินขึ้นเป็นหน่วยงานที่มีความเกี่ยวข้องเป็นอย่างมากกับความสำเร็จของสงครามทางอากาศในสงครามโลกช่วงนั้น ส่วนประเทศอังกฤษมีการคัดเลือกบุคคลที่ไม่เหมาะสมมาทำการบิน โดยนำทหารที่เคยบาดเจ็บจากแนวหน้าให้มาทำการบินผลปรากฏว่า ร้อยละ ๙๐ ของนักบินเหล่านี้เสียชีวิตในปีแรกของสงครามโดยมีสาเหตุมาจากความบกพร่องของนักบินเอง เช่น การปฏิบัติการบินผิดพลาด การขาดความชำนาญ หรือร่างกายไม่สมบูรณ์ เหตุการณ์เช่นนี้ทำให้กองทัพอากาศอังกฤษจัดตั้งหน่วยงานสำหรับดูแลผู้ทำการในอากาศขึ้นซึ่งมีผลให้การตายที่มีสาเหตุจากตัวนักบินลดลงเหลือร้อยละ ๒๐ และ ๑๒ ในปีที่สองและสามถัดมาตามลำดับ
ประเทศสหรัฐอเมริกาเมื่อเข้าสู่สงครามโลกครั้งที่ ๑ ในปี ค.ศ. ๑๙๑๒ มีการสูญเสียเครื่องบินจำนวนมากทั้งที่ไม่เกี่ยวข้องกับการสู้รบเลย เช่น จากอุบัติเหตุและความเจ็บป่วยของนักบิน สภาสงครามอเมริกาจึงต้องประกาศว่า ผู้จะเข้ามาเกี่ยวข้องกับการบินทั้งหมดต้องได้รับการตรวจร่างกายอย่างเข้มงวดเพื่อความพร้อมและความเหมาะสมกับหน้าที่ นายพลทีโอดอร์ ชาร์ลส์ เลสเตอร์ ซึ่งเป็นจักษุแพทย์ได้รับการแต่งตั้งให้เป็นหัวหน้าแพทย์ในหน่วยบินของกองทัพบกอเมริกันเขาชี้ให้เห็นถึงความจำเป็นในการพิจารณาสภาพร่างกายและอารมณ์ของนักบินและได้เริ่มจัดตั้งหน่วยแพทย์ เพื่อทำการตรวจมากขึ้น ในปี ค.ศ. ๑๙๑๗ คณะแพทย์อเมริกันได้เดินทางไปประเทศฝรั่งเศสเพื่อศึกษาปัญหาต่าง ๆ และได้พบว่ามีอัตราการเกิดอุบัติเหตุสูง โดยเฉลี่ยแล้วทุก ๒๔๑ ชม. จะมีเครื่องบินตก ๑ เครื่อง คณะแพทย์ได้สรุปข้อเสนอแนะว่านักบินมักเผชิญกับความเครียดอยู่เสมอไม่มีความเหมาะสมทางร่างกายและจิตใจที่จะทำการบิน อุปกรณ์ป้องกันยังใช้การไม่ได้ ดังนั้นจะต้องมีการคัดเลือกนักบินและจัดตั้งโรงเรียนอบรมแพทย์เวชศาสตร์การบินขึ้น ข้อเสนอแนะดังกล่าวนี้มีผลให้อัตราการสูญเสียนักบินลดลงอย่างมีนัยสำคัญในช่วงปลายสงครามโลกครั้งที่ ๑ นั่น คือ จุดเริ่มต้นของกิจการเวชศาสตร์การบินในกองทัพสหรัฐอเมริกา ตั้งแต่ ค.ศ. ๑๙๑๒ จนถึงขณะนี้พบว่านักบินร้อยละ ๔๐ เป็นโรคอ่อนเพลียจากการบินและไม่สามารถทำการบิน ทั้งนี้เชื่อว่ามีสาเหตุมาจากจิตใจ แต่ในขณะนั้นยังไม่มีการคำนึงถึงสภาพจิตใจและการประเมินทางจิตวิทยามีแต่เพียงการตรวจระบบประสาทแบบพอเป็นพิธี ในช่วงเวลานั้นการพัฒนาทางจิตวิทยาและเทคนิคการทดสอบทำให้การคัดเลือกอยู่ในสถานภาพทางวิทยาศาสตร์ โดยมีจุดมุ่งหวังโดยตรงให้นักบินสามารถปฏิบัติภารกิจได้สำเร็จ จนปี ค.ศ. ๑๙๒๓ จึงมีการศึกษาบุคลิกภาพอย่างจริงจังมากขึ้นโดยเฉพาะเริ่มมีการตรวจอย่างละเอียดโดยใช้กฎทางจิตวิทยาต่าง ๆ ตั้งแต่เริ่มสงครามโลกครั้งที่ ๒
การจัดตั้งโรงเรียนเวชศาสตร์การบินมีวัตถุประสงค์ในการฝึกฝนเจ้าหน้าที่ทางการแพทย์เพื่อทำงานในหน่วยสงครามทางอากาศในยุโรปและในวันที่ ๑ มีนาคม ค.ศ. ๑๙๑๘ ก็ได้มีแพทย์เวชศาสตร์การบิน หรือ Flight Surgeon อย่างเป็นทางการ ตั้งแต่ปี ค.ศ. ๑๙๒๐ จนถึงสงครามโลกครั้งที่ ๒ วิทยาการด้านเวชศาสตร์การบินส่วนใหญ่จะเป็นการศึกษาวิจัยที่มุ่งไปที่การตรวจคัดเลือก และการป้องกันอันตรายแก่นักบิน รวมทั้งการพัฒนาด้านการลำเลียงผู้ป่วยทางอากาศ ค.ศ. ๑๙๓๐ รัฐบาลสหรัฐอเมริกาจัดตั้งห้องวิจัยทางการแพทย์เพื่อศึกษาความสมบูรณ์ของนักบินและผล กระทบในการบินต่อบุคคลที่เกี่ยวกับการมองเห็นความผิดพลาดจากการหักเหของแสง การได้ยินโดยเฉพาะความสมดุลของอวัยวะรับรู้การทรงตัวในหูชั้นใน ในปี ค.ศ. ๑๙๓๑ ได้มีการพัฒนาชุดป้องกันความกดบรรยากาศสำหรับนักบิน โดยพัฒนามาจากชุดประดาน้ำรวมทั้งพัฒนาเครื่องบอกระยะสูงจึงทำให้การบินเปลี่ยนเป็นการบินด้วยเครื่องวัดประกอบการบินในที่สุด ในปีเดียวกันนั้น นายแพทย์ อาร์มสตรอง ได้ตั้งห้องวิจัยทางเวชศาสตร์ อากาศ อวกาศ และวิจัยเกี่ยวกับสรีรวิทยาอย่างจริงจัง วิทยาการด้านนี้ได้ก้าวหน้าไปอย่างมากมายโดยเฉพาะในระหว่างสงครามโลกครั้งที่ ๒ ได้เกิดความรู้และเครื่องมือใหม่ ๆ หลายประการ เช่น อุปกรณ์ออกซิเจน การพัฒนาอุปกรณ์รัดตัว การศึกษาปัญหาการปวดข้อจากการบิน ตลอดจนเกิดสถาบันฝึกอบรมด้านสรีรวิทยาการบินขึ้น
ช่วงสงครามเกาหลีเป็นยุคของเครื่องบินไอพ่นที่ท้าทายวิทยาการด้านเวชศาสตร์การบินมากขึ้นและเกิดสิ่งใหม่ ๆ ตามมา เช่น เก้าอี้ดีดและผลของแรงจีซึ่งเป็นปัญหาต่อเนื่องมาจนทุกวันนี้ ในปี ค.ศ. ๑๙๕๐ พันเอก จอห์น สแตป แพทย์เวชศาสตร์การบินอเมริกัน ได้ศึกษาผลอันเนื่องมาจากอัตราเร่งอย่างรวดเร็วและรุนแรงโดยใช้ตนเองเป็นผู้เข้าทดลองผลงานของเขาเป็นที่มาของการสร้างเครื่องบินที่มีที่นั่งที่ปลอดภัยรวมทั้งเข็มขัดรัดตัวและนำไปใช้ในการแผนแบบห้องนักบินแบบอื่น ๆ ยานอวกาศ ตลอดจนรถยนต์
ในปี ค.ศ. ๑๙๔๙ นายแพทย์สตอง โฮลด์ จากแผนกเวชศาสตร์อวกาศซึ่งเป็นเพื่อนกับ ดอกเตอร์ ฟอน บาล์ม ผู้ประดิษฐ์จรวดเป็นผลสำเร็จได้เล็งการณ์ไกลถึงปัญหาที่จะเกิดกับมนุษย์ในการเดินทางไปในอวกาศแม้ขณะนั้นวิทยาการด้านนี้จะยังไม่พัฒนาจนแก้ปัญหาได้ทั้งหมด เขาได้รับการยกย่องว่าเป็น "บิดาแห่งเวชศาสตร์อวกาศ" มีการสร้างเครื่องฝึกจำลองอวกาศเพื่อศึกษาการอยู่โดดเดี่ยวเป็นเวลา ๗ วัน จนกระทั่งเดือนธันวาคม ค.ศ. ๑๙๕๙ สามารถส่งลิงขึ้นสู่อวกาศได้ ผลสำเร็จนี้นำไปสู่การส่งมนุษย์อวกาศ อาแลน เชฟฟาร์ด ขึ้นสู่อวกาศเมื่อ ๕ พฤษภาคม ค.ศ. ๑๙๖๑ แต่ประเทศรัสเซียได้ประสบความสำเร็จก่อนโดยส่ง ยูริ กาการิน ขึ้นไปสู่อวกาศเมื่อ ๑๒ เมษายน ค.ศ. ๑๙๖๑
ในปี ค.ศ. ๑๙๒๖ หน่วยบินพาณิชย์ได้เริ่มมีการฝึกนักบินขึ้นเองและนักบินพลเรือนก็จำเป็นต้องผ่านการตรวจร่างกายและจิตใจ ต่อมาสายการบินหลายสายได้มีการขยายงานด้านนี้เพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ จนมีการตั้งหน่วยแพทย์ของตนเองและมีการรวมตัวกันจัดตั้งสมาคมเวชศาสตร์การบินขึ้นใน ค.ศ. ๑๙๒๙
ตั้งแต่ปี ค.ศ. ๑๙๐๓ จนถึงปัจจุบันการบินมีความก้าวหน้าอย่างน่าประหลาดใจจากความใฝ่ฝันของพี่น้องตระกูลไรท์ซึ่งเป็นเครื่องมือแบบง่าย ๆ ในการควบคุมพาหนะของเขาให้บินเหนือเนินเขาที่ตำบลคิตตี้ ฮอค จนถึงปัจจุบันความสำเร็จในการบินทำให้มนุษย์ได้เรียนรู้ว่ามนุษย์ไม่สามารถทำการบินได้โดยปราศจากอากาศยานและเครื่องมือสนับสนุน จุดมุ่งหมายในการสร้างเครื่องบินในปัจจุบันก็เพื่อใช้ปฏิบัติงานในความสูงและในสิ่งแวดล้อมที่เป็นสามมิติ การรวมมนุษย์และเครื่องมือต่าง ๆ เข้าด้วยกันจะต้องให้มีความสอดคล้องกันเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพในการบินมากที่สุด ความต้องการสำคัญที่จะให้บรรลุแนวทางนี้ คือ ความเชื่อถือได้และความปลอดภัยของเครื่องมือต่าง ๆ ที่สลับซับซ้อนในการสร้าง รวมไปถึงประสิทธิภาพในการควบคุมการจราจรทางอากาศและประสิทธิภาพของอากาศยานเอง เครื่องมือต่าง ๆ และความละเอียดซับซ้อนที่ใช้ในการบินที่ทันสมัยต้องควบคู่ไปกับความสมบูรณ์ของร่างกายและทักษะในการบินของมนุษย์ รวมทั้งความสามารถในการทำงานของเครื่องมือซึ่งควรจะสอดคล้องกับระดับความสามารถของมนุษย์ นอกจากนี้ยังต้องจัดสิ่งแวดล้อมให้เหมาะสมกับการทำงานของมนุษย์อีกด้วย