Возникновение и развитие авиации ПВО связано с общим развитием авиации и форм ее боевого применения. В годы Первой мировой войны значительная часть истребительной авиации привлекалась для прикрытия крупных промышленных и административно-политических центров. Выполнение истребительной авиацией этих специфических задач и предопределило зарождение авиации ПВО. В 1916 году в русской армии был сформирован отдельный авиационный дивизион в составе трех истребительных авиационных отрядов (по шесть самолетов) для обороны Петрограда.
В годы Гражданской войны были сформированы истребительные авиационные отряды для обороны Москвы, Кронштадта и Тулы, но их участие было ограничено вследствие незначительного количества боевых самолетов и подготовленных экипажей.
В послевоенный период началось быстрое развитие военной авиации, в том числе истребительной. Совершенствовались организационная структура авиации ПВО, способы боевого применения и взаимодействия с другими средствами противовоздушной обороны. Тыловые объекты предусматривалось оборонять специально выделенными частями истребительной авиации противовоздушной обороны во взаимодействии с зенитной артиллерией, зенитными прожекторами и с использованием аэростатов заграждения.
До Великой Отечественной войны и в начале войны все соединения и части истребительной авиации входили в состав военно-воздушных сил, при этом некоторые из них выделялись для выполнения задач противовоздушной обороны объектов страны.
В январе 1942 года истребительную авиацию, выделенную для обороны объектов, подчинили командованию ПВО страны. Из ВВС было передано 40 истребительных авиационных полков. В мае 1943 года для обороны Москвы, ряда важных объектов Подмосковья сформирована 1-я воздушная истребительная армия ПВО. Дополнительно формировались полки, дивизии, корпуса истребительной авиации ПВО. К концу Великой Отечественной войны истребительная авиация ПВО включала одну армию, четыре корпуса, 24 дивизии (всего около 3200 самолетов-истребителей).
За годы войны она стала одним из основных родов войск ПВО и основным средством борьбы с самолетами противника на дальних подступах к объектам прикрытия.
Соединения и части авиации ПВО не только выполняли задачи по прикрытию крупных промышленных и политических центров и других районов, но и принимали активное участие в прикрытии войск, объектов фронтового тыла и коммуникаций. С переходом советских войск к широким наступательным действиям они участвовали в обеспечении наступательных операций фронтов, блокировании окруженных группировок в районах Сталинграда (ныне Волгоград), Корсунь-Шевченковского, Будапешта (Венгрия), Познани (Польша), немецкой крепости Бреслау (ныне Вроцлав, Польша), в прикрытии перегруппировок стратегических резервов и переправ через Керченский пролив, Днепр, Вислу, Одер, Дунай и другие. Истребительная авиация Мурманского и Архангельского районов ПВО участвовала в операциях Северного флота по обеспечению проводки конвоев.
Летчиками авиации противовоздушной обороны в период Великой Отечественной войны было совершено около 270 тысяч самолетовылетов, проведено 6787 воздушных боев, уничтожено в воздушных боях и на аэродромах 4170 вражеских самолетов.
92 летчикам ПВО было присвоено звание Героя Советского Союза, а Александр Карпов удостоен этого звания дважды.
Для послевоенного развития авиации ПВО характерно оснащение ее реактивными самолетами, дальнейшее совершенствование системы управления, а также развитие специальной и транспортной авиации.
В конце 1991 года на вооружении войск ПВО находилось около 2220 истребителей-перехватчиков. В результате раздела вооруженных сил СССР, произошедшего после распада Советского Союза, на территории России осталось около 65% сил и средств, которыми располагали войска ПВО Советского Союза. Указом президента РФ от 1993 года на территории России для прикрытия от возможных угроз с воздушного (а в перспективе — космического) пространства было определено 1,5 тысячи важнейших объектов. Из них около 30% должны были прикрываться в общей системе ПВО силами истребительной авиации
На протяжении многих лет авиация ПВО несколько раз передавалась из состава Войск ПВО страны в Военно-воздушные силы и обратно. В 1998 году, после объединения ВВС и Войск ПВО в единый вид Вооруженных Сил, авиация ПВО как самостоятельный род авиации перестала существовать. В 2015 году ВВС вошли в состав Воздушно-космических сил страны.
В разные годы на вооружении авиационных частей ПВО стояли такие легендарные самолеты, как МиГ-1, МиГ-3, Як-1, Як-7, Як-9, ЛаГГ-3, Ла-5, Ла-7 и многие другие. С приходом эры реактивной авиации в авиапарк ПВО поступали, сменяя друг друга Су-9, Су-15, Як-28П и другие. На вооружении современных пилотов сейчас состоят истребители МиГ-31, идет разработка самолета следующего поколения — дальнего перехватчика МиГ-41.
Истребитель Су-27, будучи самолетом ближнего и среднего боя, благодаря своим сверхманевренным характеристикам, обеспечивает прикрытие МиГ-31.
Истребительные авиагруппы продолжают сегодня под единым командованием в Воздушно-космических силах эффективно решать задачи по обороне воздушного пространства России. Находящиеся на вооружении истребительной авиации самолеты-перехватчики несут круглосуточное боевое дежурство и способны в считанные минуты уничтожить любой объект-нарушитель воздушного пространства страны или принудить его к посадке. Они регулярно поднимаются в небо при поступлении сигнала о возможных нарушениях воздушной границы, в том числе, при обнаружении метеозондов в стратосфере планеты.
За последние три-четыре года ситуация в небе стала более напряженной. По данным Минобороны, самолеты НАТО появляются у рубежей России все чаще и чаще: более десяти раз в неделю. Поэтому пилоты дежурной истребительной авиации российской ПВО буквально живут в небе.