Решение об основании авиационного завода в Воронеже было принято в апреле 1929 года на XVI всесоюзной партийной конференции. Через два года, в 1931 году, заложили фундамент первого заводского корпуса, а в 1932-м подписан правительственный акт о вводе в строй предприятия, первоначально внесенного в отраслевой реестр как «Завод № 18».

В сентябре 1934 года в воздух поднялся первый серийный самолет ТБ-3, выпущенный на Воронежском авиационном заводе. Испытательный полет провел Михаил Громов, впоследствии известный советский военачальник, генерал-полковник авиации, Герой Советского Союза.

14 декабря 1940 года нарком авиационной промышленности СССР Алексей Шахурин подписал приказ о подготовке производства и серийном выпуске штурмовиков Ил-2. Спустя три месяца первый самолет этой серии был изготовлен воронежскими авиастроителями. В июне 1941 года количество Ил-2, сошедших со стапелей завода № 18, уже превышало полторы сотни.

В октябре-ноябре 1941 года завод был эвакуирован на станцию Безымянка недалеко от Куйбышева (Самары) и практически сразу приступил к производству необходимых для фронта штурмовиков. С января 1942 года выпускалось по семь самолетов Ил-2 в сутки. В феврале выпуск штурмовиков вырос в 10 раз, в марте — в 12 раз.

После освобождения Воронежа на заводе начались восстановительные работы. Помощь оказали многие предприятия из других регионов страны.
В 1945 году предприятие получило новое оборудование, вывезенное из Германии и стран-союзниц гитлеровский «оси» в счет репараций. Первая очередь завода была восстановлена в 1948 году. Появились новые цеха, были внедрены инновационные методы работы, освоены новые производства.

С 1950 года началось производство фронтовых бомбардировщиков Ил-28, общее количество которых составило 922 единицы. Позднее завод приступил к выпуску реактивных бомбардировщиков Ту-16, а в 1957 году с заводского аэродрома взлетел первый серийный самолет Ан-10. Всего предприятие выпустило 108 «десяток».

1961 год в истории Воронежского авиазавода отмечен выпуском первого серийного сверхзвукового истребителя-перехватчика Ту-128. В последующие десять лет завод произвел 198 самолетов этого типа.

31 декабря 1968 года с подмосковного аэродрома в воздух поднялся первый в мире сверхзвуковой пассажирский лайнер Ту-144, построенный на заводе «Опыт» в кооперации с Воронежским авиационным заводом и при непосредственном участии воронежских самолетостроителей. Первый полет серийного лайнера Ту-144 состоялся 29 марта 1972 года. В этом же году на предприятии побывал первый секретарь ЦК компартии Кубы, премьер-министр революционного правительства Фидель Кастро. Ту-144 вызвал особый интерес высокого гостя.

В 2003 году предприятие приступило к подготовке серийного производства Ан-148, разработанных в АНТК имени Антонова (Украина). В августе 2005 года Ан-148 был представлен на авиасалоне МАКС-2005, а в ноябре этого же года в Киеве между АНТК имени Антонова и ВАСО был подписан лицензионный договор о передаче российской стороне прав на производство самолетов Ан-148, а также использование товарного знака и технической документации.

В 2005—2006 годах Куба получила три заказанных на ВАСО лайнера Ил-96−300. 2006 год также ознаменовался для предприятия подписанием контракта с французским отделением концерна Airbus на изготовление ряда узлов для самолетов, выпускаемых концерном..

В августе 2009 года собранный на ВАСО первый серийный Ан-148 с успехом демонстрировали на авиасалоне МАКС-2009, уже в декабре он совершил первый рейс с пассажирами по маршруту Санкт-Петербург — Москва. Спустя три года авиакомпания «Россия» встретила миллионного пассажира Ан-148 —Елену Королеву, отправившуюся из северной столицы в Калининград.

25 февраля 2013 года грузовой авиалайнер Ил-96−400Т «Вячеслав Саликов» авиакомпании «Полет» выполнил первый коммерческий рейс в США. Полет проходил по маршруту Якутск — Хьюстон — Анкоридж — Южно-Сахалинск. Экипаж вел самолет над территорией Якутии, через Чукотский автономный округ, мыс Шмидта и над Чукотским морем. Далее Ил летел над территорией Аляски, Канады и основной частью США. Общее время полета составило более 11 часов. В аэропорту Хьюстона на борт авиалайнера было погружено более 40 тонн нефтепромыслового оборудования. Перелет в Южно-Сахалинск состоялся с одной технической посадкой в Анкоридже. Обратный путь в Россию пролегал не только над территорией Аляски, но и над Беринговым и Охотским морями. Рейс был выполнен по графику и без задержек.

В ноябре 2013 года в Воронеже побывал министр обороны РФ Сергей Шойгу. В ходе визита глава военного ведомства осмотрел новую авиационную технику, в том числе Ан-148, построенный для ВС РФ в рамках прямого государственного контракта с Минобороны.

В декабре 2013 года на ВАСО прошли съемки отдельных эпизодов четырехсерийного фильма «Человеческий фактор» режиссера Александра Замятина.

«Свет. Камера. Мотор. Работаем!», - слышать подобное в цехах сложнейшего производства доводится нечасто. Но в конце декабря 2013 года работники ВАСО стали не только свидетелями, но и непосредственными участниками необычного съемочного процесса. В цехе предварительной сборки проходили съемки эпизодов четырехсерийного фильма «Человеческий фактор», премьера которого состоялась на российском телевидении в 2014 году.

Режиссер фильма Александр Замятин выбрал ВАСО съемочной площадкой неслучайно. По сценарию действие фильма переносится в Воронеж, в том числе на авиационный завод. По признанию самого Александра Замятина, для него было важно «снимать конкретику, ничего не выдумывая». Отсюда и стремление попасть в цеха знаменитого на всю страну предприятия. Съемки проходили целый день, однако на сроках и качестве производства это никак не отразилось. Пока киношники трудились, заводские сборщики продолжали свою привычную работу.

Впрочем, этот опыт был для воронежского авиазавода не первым. На рубеже семидесятых-восьмидесятых годов в цехах предприятия прошли съемки двухсерийного фильма «Особо важное задание». Его снимал режиссер Евгений Матвеев по сценарию Петра Попогребского и Бориса Добродеева – уроженца Воронежа. Премьера фильма, который посмотрели 43,3 миллиона зрителей, прошла в 1981 году и имела большой успех.

Кинолента рассказывала о драматической истории передислокации авиационного завода №18 из Воронежа в Куйбышев. Там была продолжена сборка штурмовиков Ил-2, начатая в Воронеже накануне Великой Отечественной войны. В фильме снимались известные советские актеры — Николай Рыбников, Александр Парра, и, конечно же, неподражаемая Людмила Гурченко. Роль директора Шадурова, прототипом которого стал директор завода №18 Матвей Шенкман, исполнил Владимир Самойлов.

11 июля 2015 года под председательством вице-премьера РФ, зампреда военно-промышленной комиссии Дмитрия Рогозина на ВАСО состоялось совещание, на котором обсуждались вопросы импортозамещения в авиационном производстве.

В 2015 году специалисты предприятия побывали на авиасалоне МАКС-2015, где были представлены современные самолеты, для которых на ВАСО изготавливают агрегаты: Сухой Суперджет-100 и Ил-76МД-90А. Неизменным оставался интерес посетителей авиасалона и к первому отечественному сверхзвуковому пассажирскому самолету Ту-144: вся серия этих лайнеров была собрана на Воронежском авиационном заводе.