เวชศาสตร์การบินและการพัฒนาการบินในประเทศไทยเคียงคู่กันมาตั้งแต่ประเทศสยามเริ่มมีการบิน เมื่อ พ.ศ. ๒๔๕๖ เป็นช่วงเวลาที่เกิดการแพทย์เพื่อนักบินขึ้นพร้อมกัน สมัยนั้นเรียกว่า การแพทย์ทางอากาศ โดยจัดตั้งเป็นหมวดพยาบาลประจำแผนกการบินทหารบกอยู่ที่สนามม้าราชกรีฑาสโมสรในปัจจุบัน ต่อมาย้ายมาอยู่ที่สนามบินดอนเมืองเมื่อวันที่ ๕ มีนาคม พ.ศ. ๒๔๕๗ เลื่อนฐานะเป็นหมวดพยาบาลกองบินทหารบกและเริ่มมีแพทย์ประจำเพื่อให้การรักษาเฉพาะนักบิน
ในสงครามโลกครั้งที่ ๑ ประเทศสยามประกาศสงครามเข้าร่วมกับฝ่ายสัมพันธมิตรและส่งทหารเข้าร่วมในสมรภูมิในทวีปยุโรป หน่วยแพทย์ทางอากาศจัดกำลังเป็นหมวดพยาบาลติดตามกองบินทหารบก โดยมี ร.ต.มูล ไวสืบข่าว เป็นแพทย์ประจำกองบิน ครั้นเสร็จราชการสงครามยุโรปแล้วกองบินทหารบกได้ขยายกิจการออกเป็นกรมอากาศยานทหารบกเมื่อวันที่ ๑๙ มีนาคม พ.ศ. ๒๔๖๑ การรักษาพยาบาลจึงไม่ได้จำกัดเฉพาะนักบินอีกต่อไป เพราะกำลังพลมากขึ้นการทำงานเฉพาะด้านเวชศาสตร์การบินจึงลดน้อยลงไปชั่วระยะหนึ่ง ใน พ.ศ. ๒๔๗๘ กรมอากาศยานเปลี่ยนเป็นกรมทหารอากาศขึ้นตรงกับกระทรวงกลาโหม หมวดเสนารักษ์กรมอากาศยานจึงเป็นหมวดเสนารักษ์กรมทหารอากาศมีการปฏิบัติงานด้านเวชศาสตร์การบินมากขึ้นรวมทั้งการตรวจร่างกาย ตรวจสมรรถภาพ และคัดเลือกนักบิน
ใน พ.ศ. ๒๔๘๐ กรมทหารอากาศได้รับการยกฐานะเป็นกองทัพอากาศ หมวดเสนารักษ์กรมทหารอากาศ จึงปรับอัตราเป็นกองเสนารักษ์กองทัพอากาศ ทำให้งานด้านเวชศาสตร์การบินเกี่ยวข้องไปกับการแพทย์ส่วนอื่น ๆ ด้วย ในระยะนั้นเกิดกรณีพิพาทเรียกร้องดินแดนอินโดจีนคืนจากฝรั่งเศสการปฏิบัติงานของกองทัพอากาศในกรณีพิพาทนี้ทำให้พบความจริงว่า กิจการบินของประเทศก้าวหน้าไปอย่างมากและมีปัญหาเกี่ยวกับการบินตามมาทำให้จำเป็นต้องมีแพทย์เฉพาะเพื่อการนี้ วันที่ ๑๕ ตุลาคม พ.ศ. ๒๔๘๓ ได้มีการโอนแพทย์ที่สำเร็จการศึกษาและดูงานด้านเวชศาสตร์การบินจากยุโรปและอเมริกาจากกองทัพบกมาประจำการที่กรมเสนารักษ์ทหารอากาศ ๒ นาย คือ ร.อ.กมล ผลาชีวะ และ ร.ท.ทิพย์ สุตะพาหะ ซึ่งมีส่วนผลักดันให้กิจการเวชศาสตร์การบินก้าวหน้าไปเป็นหน่วยงานเฉพาะและเอกเทศมากยิ่งขึ้น หลังสงครามโลกครั้งที่ ๒ กองทัพอากาศมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากและได้รับความช่วยเหลือตามโครงการช่วยเหลือทางทหารของสหรัฐอเมริกา วันที่ ๔ พฤศจิกายน พ.ศ. ๒๔๙๑ กองเสนารักษ์ทหารอากาศเลื่อนฐานะเป็นกรมแพทย์ทหารอากาศ กิจการเวชศาสตร์การบินจึงแยกออกมาทำหน้าที่เฉพาะเรียกว่า แผนกที่ ๔ และใช้คำว่า เวชกรรมการบิน แทนการแพทย์ทหารอากาศ
ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. ๒๔๙๒ ทางราชการโอนนายแพทย์ตระกูลถาวรเวช จากมหาวิทยาลัยแพทยศาสตร์ ขณะรับทุนการศึกษาของมหาวิทยาลัยและศึกษาอยู่ที่สหรัฐอเมริกามาประจำกรมเสนาธิการทหารอากาศและให้เข้าศึกษาวิชาเวชศาสตร์การบินของกองทัพอากาศอเมริกา ท่านผู้นี้มีส่วนสำคัญในการพัฒนากิจการเวชศาสตร์การบินต่อมาท่านได้รับยศและตำแหน่งเป็นพลอากาศโทตระกูล ถาวรเวช เจ้ากรมแพทย์ทหารอากาศ ในช่วงนี้ได้มีการส่งแพทย์ไปศึกษาในต่างประเทศหลายท่านและได้เข้าร่วมลำเลียงผู้ป่วยทางอากาศในสงครามเกาหลี ในเดือนธันวาคม พ.ศ. ๒๔๙๔ ได้รับการยกฐานะจากแผนก ๔ เป็นกองเวชศาสตร์การบินและในเดือนมกราคม พ.ศ. ๒๔๙๘ เปลี่ยนเป็นกองเวชศาสตร์การบิน ได้เข้าร่วมการลำเลียงผู้ป่วยทางอากาศในสงครามเวียดนามใน พ.ศ. ๒๕๑๑ ต่อมาใน พ.ศ. ๒๕๑๔ มีการยกระดับตำแหน่งหัวหน้ากองเวชศาสตร์การบินขึ้นเป็นผู้อำนวยการกองเวชศาสตร์การบินเนื่องจากกิจการเวชศาสตร์การบินขยายตัวไปมากกว่าเดิมเพราะต้องให้การสนับสนุนการบินในและนอกกองทัพอากาศทั้งส่วนทหารและพลเรือน ใน พ.ศ. ๒๕๑๙ จึงได้รับการยกฐานะจากกองเวชศาสตร์การบินขึ้นเป็นสถาบันเวชศาสตร์การบินจนถึงปัจจุบันนี้