俄罗斯的军用航空开始得并不晚，发生在中国东北的日俄战争中，俄军就使用气球为炮兵观察，为炮兵指示目标。但俄罗斯在重于空气的固定翼飞机的探索中落后了。美国人莱特兄弟在1903年12月17日首次成功地把重于空气的飞机飞上天空，法国人路易 布莱里实（Louis Bleriot）在 1909 年 7 月 25 日成功地飞越了英吉利海峡。俄罗斯这才开始关注这一具有巨大潜力的领域。早期俄罗斯飞机基本上都是从法国进口散件组装而成。在第一次世界大战期间，正当俄罗斯急需大量扩建自己的空中力量时，法国连自己的要求也满足不了，便中断了对俄罗斯的供应。俄罗斯航空工业反而因祸得福，开始了艰难的起飞。这期间涌现了诸如伊戈尔 西科斯基和尼古拉 茹科夫斯基等俄罗斯的航空先驱。
西科斯基是从精英的圣彼得堡理工学院毕业的，但他是一个实干家，除了捣鼓用橡皮筋作动力的直升机外，还设计了世界上第一架4发动机飞机“俄罗斯骑士”号（西科斯基自己称之为“大块头”）。西科斯基在学习飞行时，曾因为蚊子掉入发动机汽化器里堵塞油路而差点坠机丧命，从此他下决心要设计多发动机飞机，以解决一台发动机故障后的飞行安全问题。西方对俄罗斯的航空技术嗤之以鼻，根本不相信这样巨大的一架飞机能飞起来。但西科斯基不仅亲自首飞，还证明了乘客在飞行中可以在机舱里走动，而不至于引起飞机的平衡和控制问题。不过“俄罗斯骑士”的运气不好，在一架小飞机着陆过程中从低空飞过时，一台发动机脱落，掉下来正好砸在“俄罗斯骑士”上，飞机被毁。西科斯基正好趁此机会，设计了更大的“伊利亚 莫若梅茨”号。这是以俄罗斯传奇中一个英雄的名字命名的。这起先是作为豪华客机设计的，有舒适的藤椅、暖气、电灯和专用的客舱。1913年12月10日，“伊利亚 莫若梅茨”号载着16名乘客，从圣彼得堡飞到基辅，中间只着陆一次进行加油，创造了载客民航的历史。1914年第一次世界大战爆发，“伊利亚 莫若梅茨”成为历史上第一架战略轰炸机，可以携带800千克炸弹和9挺机枪，发动机还有5毫米装甲。“伊利亚 莫若梅茨”共生产了73架，在战争期间出击400次以上，总投弹量65吨。强大的机枪火力使德国空军的战斗机不大敢靠上来拦截，在某种意义上奠定了此后很长一段时间里重型轰炸机的基本设计特征。1916年9月2日，“伊利亚 莫若梅茨”首次在空战中被击落，但在被击落之前，也把前来拦截的4架德国“信天翁”式战斗机打下来3架。整个战争中，共有3架“伊利亚 莫若梅茨”被击落，但德国战斗机被击落40架以上。
不过西科斯基的成就主要在移民美国后取得。相对而言，茹科夫斯基对俄罗斯航空事业的贡献更大。茹科夫斯基毕业于著名的莫斯科大学，后任教于著名的帝国技术学校，也就是今天的鲍曼莫斯科国立技术大学。茹科夫斯基毕生致力于航空理论的研究，首先用数学解释了升力的环流理论，将升力和速度用数学关系联系起来，并设计了前缘圆浑、后缘尖锐的理想翼型。茹科夫斯基还建立了俄罗斯的第一个风洞。十月革命后，在新生的苏维埃政权的支持下，茹科夫斯基创建并领导了著名的中央流体力学研究所（Tsentralniy Aerogidrodina micheskiy Institut，Ts AGI）。从1919年建立到现在，Ts AGI一直是世界航空理论研究的领导中心之一。通过Ts AGI，一大批年轻的苏联航空人才在茹科夫斯基的领导下成长起来，其中不光有从事理论科学的研究人员，也有从事实际工程设计的工程师，如安德烈 图波列夫、帕维尔 苏霍伊、亚历山大 米库林（著名发动机设计师）等。
帝俄空军在第一次世界大战中没有多少突出的表现，但军事航空的种子已经播下了。新生的苏维埃政权从一开始就陷入了帝国主义和保皇派的包围之中，红色空军在保卫苏维埃的战斗中发挥了不可磨灭的作用。但在20世纪20年代前期，第一次世界大战的阴影尚未消失，残存的万国牌飞机极度缺乏备件，苏维埃经济极端困难，广袤但本来就不太富裕的国土遍布了内战的疮痍，苏联没有能够在航空领域有所作为。
1924年斯大林上台，他集中力量、不计代价地推行重工业化，航空工业也跟着起飞。这个时期由波利卡波夫设计的波-2轻型多用途飞机成为历史上产量最大的飞机，其4万多架的产量纪录至今没有人能够打破。在图波列夫领导下由苏霍伊具体设计的ANT-25创造了超远程飞行纪录，从莫斯科直飞美国加利福尼亚的圣哈钦托（St Jacinto）。
但是，巨大的数量并不能掩盖技术水平上的差距，创纪录的飞行也难以掩盖苏联战斗机已经落后于时代的窘境。在西班牙内战期间，苏联志愿军空军参加了共和派一方的作战。前往援助的志愿军空军的主力战斗机依然是速度较快但机动性平平的单翼战斗机I-16和机动性优良但速度较小的双翼战斗机I-15。但到第二次世界大战爆发时，包括米格-3在内的更先进战斗机才终于开始进入现役，这是年轻的米格设计局的第一个重要产品。由于源自最高统帅部的巨大的指挥失误，先进战斗机并没有改变与德国作战初期的败局。在纳粹德军空地协同的突然袭击面前，苏联红军西线空军一败涂地。但飞行员的力量保留了下来，飞机的设计和生产的体系保留了下来。没有多久，苏联红军飞行员就驾驭着包括米格-3在内的战斗机重返苏联的天空。经过4年艰苦卓绝的战斗，最后主宰了柏林的天空，赢得了战争的胜利，苏联航空也由起飞走向辉煌。