自古以来，飞上蓝天就是人类的梦想。早在明代，一个叫陶成道（万户）的明朝官员，就曾经尝试用火药喷射作动力，再利用风筝乘风而行的能力来实现飞行，但他不幸死于这次实验。
雕塑-万户飞天
为了像鸟儿一样飞，许多人详细地研究了鸟类，甚至有人在双臂上绑上自制的翅膀，想要挥舞翅膀飞行。1505年，达·芬奇出版《论鸟的飞行》被看成是航空科学的开山之作。
达芬奇手稿
17世纪，意大利的科学家波雷里 （Borelli, Giovanni Alfonso，1608年—1679年 ）出版《论动物的运动》一书，从生物力学的角度研究了动物肌肉、骨骼和飞行的关系，他指出人类没有鸟类那样轻质的骨架、发达的胸肌和光滑的流线型身体，因此人类肌肉的力量不足以像鸟类那样振动翅膀飞行。根据波雷里的计算，一个体重60公斤的人，至少得具备1.8米宽的胸腔才能支持扇动翅膀所需要的肌肉，宣告了人类各种模仿鸟类的飞行努力都不可能成功。
1783年，蒙哥尔费兄弟发明了热气球， 9月19日他们用热气球载上羊、公鸡和鸭各一只,飞行8分钟后安全降落。1783年10月15日F.P.罗齐埃乘热空气气球上升到26米,飞行4.5分钟。这是人类乘航空器的第一次空中航行。
蒙哥尔费兄弟的热气球
蒙哥尔费的气球引起了法国科学院的注意。法国物理学家查理认识到对于提供升力来说，氢气比热空气更有效，他用涂以橡胶的绸制成了氢气球（称查理气球）。1783年8月27日，氢气球在巴黎上升到约 915米，飘行了约25公里后降落。查理后来又制造了一只更大的气球，球下系以可载人的吊篮。1783年12月1日,他和一位同伴乘这只气球在空中飘行50公里，留空时间超过2小时。气球的出现激起了人们乘气球飞行的热情。
1785年1月7日法国 J.-P.F.布朗夏尔和他的一个伙伴乘氢气球从英国多佛飞越英吉利海峡到达法国，这是人类乘航空器首次飞越这个海峡。18世纪末到19世纪初，气球主要用于军事、体育运动和科学试验。
20世纪20年代后，出现了用氦气代替氢气作为浮升气体的氦气球，它比氢气球安全，但价格昂贵。在现代，气球主要用于高空探测。
热气球和飞艇
气球随风飘流，不能控制前进方向。1852年，法国H.吉法尔于制成了形如雪茄，下悬吊舱，上装蒸汽机，带动3叶螺旋桨,并有方向舵的飞艇。吉法尔驾驶这艘飞艇由巴黎飞到特拉普斯，航程约28公里，速度约10公里每小时。早期的飞艇都是软式或半硬式的。19世纪末铝问世后，有人用铝作骨架，用薄铝板作气囊外壳，制成了硬式飞艇,上面装一台8.8千瓦（12马力）的4汽缸汽油内燃机，于1897年11月3日升空飞行。
1900年旅居法国的巴西人A.桑托·杜蒙因为驾驶自制的飞艇，在30分钟内绕飞巴黎艾菲尔铁塔而获奖。飞艇的飞行速度很慢，而且氢气飞艇事故不断，让飞艇的发展陷入瓶颈，人们一直期待着更加快速、便捷的飞行器的出现。
1809年，乔治·凯利（Sir George Cayley，1773年—1857年）成功地制造出航空史上第一架全尺寸滑翔机并进行试飞。他在自然哲学杂志上发表《论空中航行》的论文，提出了十分重要的科学论断：1.为作用在重于空气的飞行器上的四种力——升力、重力、推力和阻力下定义；2.确定升力的机理是与推力机理分开的。
1849年，古稀之年的凯利制造了一架三翼滑翔机，让一名10岁的小孩坐着它从山顶滑下（动力来自于人用绳子牵引），实现了人类历史上第一次载人滑翔飞行。
1853年，凯利又制造了可以操控的滑翔机，这次他成功地让一位成年人（他的马车夫）实现了飞行。这次飞行的具体时长和距离没有明确记载，但是可能过程有点凶险，以至于这位马车夫随后辞职不干了。关于这架滑翔机的设计和当时的一些飞行记录，凯利写成了论文《改良型1853年有舵滑翔机》，并且送到了当时世界上唯一的航空学会——法国航空学会。1971年，英国飞行员史泼劳中校，按照凯利留下的笔记仿制了当年的滑翔机，并获得成功，证明了118年前凯利的记载是真实的。
但由于当时只有笨重的蒸汽机，显然不能作为飞机的动力。1857年，已经82岁高龄的凯利不得不自己研制轻质量的发动机。虽然凯利在自己所剩无多的时日里夜以继日地工作，但终无所成。
乔治·凯利和他的滑翔机
虽然乔治·凯利没有发明飞机，但其空气飞行理论为日后飞机的发明打下了基础，因其伟大的贡献，乔治·凯利被称为空气动力学之父。
在飞机的发明历史上，英国的W.S.亨森于1842年设计了飞机草图并获得专利，但他并未制造出飞机。1882年俄国的 Α.Ф.莫扎伊斯基曾使其单翼机沿斜坡下滑作过动力跳跃。1890年法国C.阿代尔的蝙蝠式飞机由平地作了跃飞。1883年，汽油内燃机问世。1894年旅居英国的美国人H.S.马克西姆的巨型飞机试飞时也未获成功。他们的飞机飞行距离很短，无法说明飞机是可操纵的。
1889年，奥托·李林塔尔（Otto Lilienthal，1848-1896），制造了能够重复完成滑翔飞行的滑翔机。李林塔尔使用他所设计的滑翔机进行了2000多次的滑翔飞行。李林塔尔在1896年的一次试飞中从空中摔落，并于翌日去世了，临终前他讲，“少许牺牲是必须的！”为了纪念李林塔尔，柏林机场以他的名字命名。
莱特兄弟是美国俄亥俄州人，哥哥名叫威尔伯·莱特（Wilbur Wright，1867年—1912年），弟弟是奥维尔·莱特（Orville Wright，1871年—1948年），他们的父亲是牧羊人，母亲是音乐教师。
莱特兄弟
莱特兄弟从小就对机械十分感兴趣，威尔伯常将街道上的破铜烂铁搬回家“研究”，他们会把旧时钟之类的机械拆开，看看里边是什么，有时又试图把它们修好安回去。
1878 年，他们全家从俄亥俄州的代顿市搬到了依阿华州的锡德腊皮兹市，住在该市的亚当街。圣诞节莱特兄弟的爸爸给他们带回了一个 “蝴蝶”玩具，它能依靠橡皮筋带动翅膀，在空中飞一会儿。兄弟两对这个玩具非常感兴趣，萌发了将来制造出能带人飞上天空的“蝴蝶”的愿望。他们后来回忆说：“简单地说，就是我们幸运地生活在这样一个家庭环境里。在家里，大人们总是热情鼓励孩子们去追求知识，去调查研究一切奇特的现象。”
1884年，他们全家从印第安纳州的里士满搬到了俄亥俄州。莱特兄弟都受到了良好教育，但都没有得到文凭。奥维尔大学第三年（1889）就退学了，在哥哥的帮助下干起了印刷生意。威尔伯任编辑而奥维尔则是一部周刊的出版商。莱特兄弟高中毕业后办起了“代顿周报”。聪明的他们把报纸办得红红火火，但他们朝思暮想的还是机械。随着年龄的增长，他们制造出飞行器的愿望与日俱增。1890年，他们研究了报纸杂志上关于飞行器的文章以及李林塔尔的飞行器概念图。
1894年，他们把报纸典当给一家通讯社，开起了莱特自行车修理店（后成为莱特自行车公司）。从此他们开始从事自己梦想的事业。1896年5月，他们注意到塞缪尔·皮尔庞特·兰利（Samuel Pierpont Langley，1834年－1906年）的蒸汽飞机的试飞，还有奥克塔夫·沙尼特（Octave Chanute）在密歇根沙丘和湖边的试飞。
1899年5月，哥哥威尔伯给史密斯索尼安学院写了封信请求得到航空方面的信息和书籍，他们得到了乔治·凯利、沙尼特、李林塔尔以及兰利的相关书籍，在吸取前人经验教训的基础上，莱特兄弟开始了飞行器的研制。他们把自行车生意赚来的钱都投进行飞机的研制中。
最初兄弟俩努力制造全尺寸的滑翔机，接连四个夏天，他们前往北卡罗来纳州旅行，目的地是个与世隔离的岬角。气象部门向他们建议，岬角风力大，是有利的练习场。之后不久，他们制作了第一架无人驾驶双翼滑翔机，把它象风筝一样放上了天。他们又在飞机的前面安装了升降舵，也就是一种摆动舵，可以用来操纵横轴。
1900年10月的一个傍晚，威尔伯·莱特趴在易碎的滑翔机骨架上，迎着海风飘了起来，他成功了。虽然这只是几秒钟的飞行，只有1米多高，但莱特兄弟的成就超过了试图靠移动身体重量操纵飞行的李林达尔。第二年，兄弟俩在上次制作的基础上，经过多次改进，又制成了一架滑翔机。这年秋天，他们又来到基蒂霍克海边，一试验，飞行高度一下子达到180米之高。
1901年下半年莱特兄弟于制造了世界上第一个能对模型机翼进行准确试验的风洞。有了风洞，飞行实验的成本大大降低。莱特兄弟用两个多月时间使用风洞进行了 200 多次各种类型翼面试验，取得了一整套科学数据。修正了李林达尔的一些错误的飞行数据，设计出了较大升力的机翼截面形状。
莱特兄弟认为，飞机能不能顺利飞行，关键在于如何维持飞行过程中各种力的平衡。维尔伯·莱特用一张水平放置的纸演示了这个问题：如果让它自由落下，在理想的平静空气当中，我们可以想象它一定是平稳落下，但理想条件是很罕见的，任何一点气流都会使得纸张翻转和飘荡。对于飞机来说也一样，天空中总是存在各种各样的气流，这就许多前人的飞机试飞失败的原因。早期飞机设计者总是企图让驾驶员通过改变身体位置来控制飞机的飞行姿态，然而驾驶员稍有不慎就会导致飞行失败。
莱特兄弟的思路是，摆脱依靠驾驶员调节身体控制飞行器的老路，创造性的发明了一套控制系统有了控制系统，他们就能够增大的机翼，获得足够的升力，而且大的机翼让飞机对于驾驶员自身位置的变化也不那么敏感，让飞行安全大大提高。
当然，发明的过程无比困难，经历了无数次的实验，他们才最终解决了飞机的控制问题：升降舵控制俯仰，方向舵控制偏航，副翼控制翻滚。
飞行者一号模型
三年时间里，他们制造了3架滑翔机并进行了1000多次滑翔飞行。经过不断钻研，不断改进，在许多方面取得了重大突破。
从1903年夏季开始，莱特兄弟着手制造这架著名的“飞行者一号”双翼机。动力飞行首先需要一台发动机，但当时市面上根本没有飞机的发动机出售，也没有一家公司愿意冒险制造航空发动机。但是兄弟俩并没有气馁，他们请了机械师查尔斯·泰勒（Charles Taylor）来帮他们制造了一台大约12马力、重77.2千克的活塞式发动机。10月中旬，“飞行者一号”组装完毕。“飞行者一号”是一架双翼飞机，它的两个推进螺旋桨分别安装在飞行员位置的两侧，由单台发动机链式传动。操纵系统采用升降舵在前、方向舵在后的鸭式布局，这也正是莱特兄弟对航空事业的最伟大的贡献所在。奥维尔对新飞行器非常满意，“这是我们迄今为止造得最好的一架飞机。‘她’非常听话。” 奥维尔的感情不难理解，“飞行者一号”的每一根“肋条”都是他们亲手制作而成。
1903年12月17日，人类历史上第一架飞机——“飞行者一号”进行试飞实验，到现场观看的只有5个人。10时35分，一切准备就绪。为了能够率先登机试飞，兄弟俩决定以掷硬币的方式确定谁先登机，结果弟弟奥维尔赢了。
奥维尔爬上“飞行者一号”的下机翼，俯卧在操纵杆后面的位置上，手中紧紧握着木制操纵杆，威尔伯则开动发动机并推动它滑行。飞机在发动机的作用下先是剧烈震动，几秒钟后便在自身动力的推动下从“斩魔丘”上缓缓滑下，在飞机达到一定速度后，威尔伯松开手，飞机象鸟一样离开了地面，飞上了天空。第一次试飞，“飞行者一号”只在空中飞行了12秒共36.5米。接着，他们又轮换着进行了3次飞行。在当天的最后一次飞行中，威尔伯在30千米的风速下，用59秒飞了260米。人们梦寐以求的载人持续动力飞行终于成功了！不幸的是，几分钟后，一阵突然刮来的狂风把“飞行者”1号掀翻了，飞机严重损坏。莱特兄弟的成功并没有立即得到美国政府和公众的重视与承认，人们甚至怀疑这一消息的真实性，大多数报纸都拒绝报道。
1904~1905年，莱特兄弟又相继制造了“飞行者2号”和“飞行者3号”。1904年5月26日，“飞行者2号”进行了第一次试飞。1905年10月5日，“飞行者3”号进行了一次时间最长的试飞，飞了38.6千米，留空时间最长达38分钟——这说明莱特兄弟的飞机已经较好地解决了平衡和操纵问题。
飞行者3号正在试飞
1906年，莱特兄弟在美国的飞机专利申请得到承认。然而，所有这些仍没有引起重视，以至于他们将这一发明存放在马厩里长达两年。1908年，第一次世界大战前夕，莱特兄弟制造第6架飞机成功，美国陆军部表示愿意观看他们的一次飞行表演。此时，法国也有人愿意购买他们的专利。哥哥威尔伯前往法国洽谈，弟弟奥维尔则留在美国。
1908年8月8日，威尔伯驾驶“莱特A型”飞机在法国巴黎进行表演，在空中飞行了一分半钟，飞行高度为10米，令在场观众惊叹不已。这个消息引起了轰动，《伦敦每日镜报》报道：“迄今制造的最神奇的飞行器”。此后，威尔伯又做过几次飞行表演，都非常成功。一时间，颁奖、授勋络绎不绝，欧洲一些企业家，也开始争相购买他的专利。整个8月，威尔伯在法国进行了100多次飞行表演，在欧洲掀起了航空热潮。与此同时，在美国的奥维尔也没闲着，他在美国迈耶堡阅兵场周围飞行了55圈，创造了连续飞行1小时的世界飞行纪录。奥维尔还做了从弗吉尼亚州迈尔斯堡起飞、穿越华盛顿波托马克河的飞行表演，拥挤不堪的人群为之欢呼雀跃。至此，莱特兄弟声名大振。
1909年3月，美国陆军部正式向莱特兄弟订货。1909年7月30日，莱特兄弟向陆军部交付了第一架军用飞机。接着，许多国家的政府也开始飞机的研制。莱特兄弟组建了莱特飞机公司，并签订了在法国建立飞机公司的合同。但他们很快发现，竞争对手很快“参考”了他们的技术，制造出性能更好的飞机。
1911年，威尔伯染上了伤寒，次年逝世，年仅44岁。1915年，奥维尔急流勇退，把公司卖给了纽约的一个金融家。1948年，当这位77岁的飞机发明者即将离开人世时，仍然向往着高飞蓝天。