Pada Februari 1911, seorang juruterbang Belgium yang bernama Charles Van Den Born telah mempamerkan pesawat udara pertama di Thailand semasa di Litar Lumba Kuda Sa Pathum. Pihak berkuasa Thai cukup mengagumi dengan pertunjukan yang dibuat, dan pada 28 Februari 1913 telah menghantar tiga pegawai untuk belajar ilmu penerbangan di Perancis, yang mana merupakan sebuah yang terkehadapan dalam industri penerbangan.

Tiga pegawai ini adalah Mejar Luang Sakdi Sanlayawut (Sunee Suwanprateep), Kapten Luang Arwut Sikikorn (Long Sinsuk) dan Leftenan Tip Ketuthat. Pada 2 November 1913, mereka kembali ke Thailand bersama-sama lapan buah pesawat (empat Breguets dan empat Nieuport). Mereka ini dianggap sebagai perintis kepada penubuhan Tentera Udara Diraja Thai. Pada Mac 1914, pesawat-pesawat ini dipindahkan dari lapangan terbang Sa Pathum ke Don Muang. Pada awalnya, Menteri Pertahanan Thai telah meletakan tentera udara di bawah kawalan Jabatan Inspektor Jeneral Jurutera Tentera Darat.

Semasa Perang Perancis-Thai, tentera udara Thai berjaya mencapai beberapa kemenangan pertempuran udara menentang Vichy Perancis Armée de l'Air. Selepas Perang Dunia II, tentera udara Thai telah menghantar tiga buah pesawat C-47 bagi memberi sokongan kepada Pertubuhan Bangsa Bersatu dalam Perang Korea. Tentera udara Thai juga menghantar pesawat C-47, bagi menyertai tentera Amerika Syarikat dalam Perang Vietnam. Di sepanjang sempadan, tentera udara Thai banyak melakukan kempen menentang pengganas komunis, contohnya Serangan Lapangan Terbang Ban Nam Ta di Laos, dan pertempuran di antara tentera Thai dan Vietnam di sepanjang sempadan Thai-Cambodia. Apabila Perang Dingin tamat, tentera udara Thai Air terlibata dalam Operasi Pos Sempadan 9631 di sepanjang sempadan Thai-Burma pada 1999, dan menlancarkan operasi bagi mengeluarkan rakyat Thai dan asing dalam Rusuhan Phnom Penh 2003 di Cambodia.