第二次世界大戰(zhàn)日本戰(zhàn)敗后，日本政府意識到有需要開設(shè)一間可靠的航空公司來協(xié)助日本重新增長，因此，日本航空株式會社于1951年8月成立。同年10月25日，日航使用3架西北航空的馬丁2-0-2（英語：Martin2-0-2）飛機(jī)及西北航空職員開始服務(wù)東京至數(shù)個國內(nèi)城市的航線 。
1953年8月1日，日本國會通過“日本航空株式會社法”，成立新的國有航空公司日本航空（JapanAirLines），并承繼之前的所有資產(chǎn)。日航的第一架飛機(jī)是從菲律賓航空租賃的道格拉斯DC-3，名為“Kinsei”。1950年代，日航共使用Martin2-0-2、道格拉斯DC-3、道格拉斯DC-4、道格拉斯DC-6及道格拉斯DC-7。
1954年2月2日，日航開辦第一條國際航線，來往東京及舊金山。 使用道格拉斯DC-6B飛行，中途停威克島及檀香山，單程機(jī)票價格為USD650，每兩周一班，航班號碼為001。翌年香港和臺北同時成為了日航首個亞洲地區(qū)航點(diǎn)。1960年接收了首架噴射機(jī)道格拉斯DC-8 。不久，日航就開辦了多條國際航線 。
1972年，在“45/47體制”下，日本政府頒布了所謂的“航空法”，日航獲準(zhǔn)以國家航空公司的名義開辦國際航線，并被委派開辦國內(nèi)支線與全日本空輸競爭。在這年代，日航航線不斷增加，因而購買了波音747、波音727及道格拉斯DC-10以應(yīng)付需求 。日航第一架波音747于1970年4月22日交付，同年7月1日投放檀香山航線。自1984年起，日本航空是全球擁有波音747客機(jī)最多的航空公司。1970年代，日航開始增加推銷活動，如大量制造飛機(jī)模型及其他促銷品。日航亦購買了新的波音767并將舊DC-8及波音727退役。
在1965年之前，日航超過一半的收入都是來自往美國的航線，因此日航向美國加強(qiáng)游說給予往東岸的跨大西洋航線的航權(quán) 。1978年開辦經(jīng)安克雷奇往巴西圣保羅及里約熱內(nèi)盧的航班，在1980年代中途站改為洛杉磯 ，之后再改為紐約肯尼迪國際機(jī)場 。
1970年代末，日本開始考慮取消管制規(guī)定，隨后在1985年，日本政府宣布取消“45/47體制”。
1987年，日本政府將該公司售出，使日本航空公司再次成為個人私有的公司。政府持有34%的股份。日本另外兩間航空公司：全日空及日本佳速航空獲準(zhǔn)自由開辦任何航線與日航競爭 。由于競爭增加，日航的公司架構(gòu)亦有所轉(zhuǎn)變；日航重整為三個分部：國際客運(yùn)、國內(nèi)客運(yùn)及貨運(yùn)（包括郵件）服務(wù) 。
1990年代初，波斯灣戰(zhàn)爭開始前，日航加派航班協(xié)助日本僑民撤離伊朗。1992年，日航開辦了“日航包機(jī)”，1997年，華特迪士尼公司宣布日航為東京迪士尼樂園的指定航空公司。同年，日本航空快運(yùn)成立，主要使用波音737客機(jī)。1990年代，美國及英國經(jīng)濟(jì)衰退，使日航遭遇經(jīng)濟(jì)困難。
自1986年，日航每年一直有盈利，直到1992年開始虧損。日航開始實(shí)行節(jié)流措施，包括設(shè)立廉價航空公司日本航空快運(yùn)及將度假游客轉(zhuǎn)往日線航空（前身“日航包機(jī)”）。這些措施使日航于1999年轉(zhuǎn)虧為盈 。
1990年代，日航訂購更多波音777客機(jī)翻新機(jī)隊(duì)。日航是波音777“WorkingTogether”開發(fā)計(jì)劃八位成員之一，為設(shè)計(jì)提供建議
2001年，日航及日本佳速航空同意合并。2002年成立了新的控股公司“日本航空系統(tǒng)”（日語：日本航空システム，英語：JapanAirlinesSystem，又譯為日本航空系統(tǒng)、日本系統(tǒng)航空，其前身是東亞國內(nèi)航空），組成了日航集團(tuán)新的核心。飛機(jī)涂裝亦被更改以配合新日航集團(tuán)的設(shè)計(jì)。合并完成后隨即更換公司的標(biāo)志，名為The Arc of the Sun（太陽のアーク）。從2004年4月1日起，以乘客量來計(jì)，日航當(dāng)時為全球第六大 ；以收入來計(jì)，日航當(dāng)時為全球第三大。
2004年4月1日，日航改名 為“日本國際航空”，日本佳速航空改名為“日本國內(nèi)航空”。日本佳速航空的航班號碼改為日航航班號碼，涂裝亦逐漸轉(zhuǎn)換。在“JAL - 日本航空”的統(tǒng)一品牌基礎(chǔ)上，成立了以Japan Airlines Domestic負(fù)責(zé)所有日本國內(nèi)客運(yùn)業(yè)務(wù)；Japan Airlines International負(fù)責(zé)所有國際客運(yùn)及貨運(yùn)業(yè)務(wù)的航空公司
2004年6月26日，母公司“日本航空系統(tǒng)”更名為“日本航空株式會社”（英語：JapanAirlinesCorporation）。合并后“日本國內(nèi)航空”負(fù)責(zé)日航的國內(nèi)航線網(wǎng)絡(luò)，“日本國際航空”則兼負(fù)國際航線及國內(nèi)支線。2006年，“日本國際航空”及“日本國內(nèi)航空”合并為單一品牌“日本航空” 。
2005年10月25日，日航申請加入寰宇一家航空聯(lián)盟，并于2007年4月1日正式加入?，F(xiàn)時，日航廣泛地與其他寰宇一家成員實(shí)行代碼共享，包括美國航空、英國航空、國泰航空、澳洲航空等。
2008年4月1日，日航將其原有子公司日本亞細(xì)亞航空并入主線日本航空。在1975年至2008年間，由于臺灣的政治形勢，日本亞細(xì)亞航空專門飛行日本至臺灣的航線[20]。
2009年11月13日，日航2009年第二季的盈利報(bào)告和記錄達(dá)1,312億日元赤字。傳出日航將會申請破產(chǎn)的消息，其聯(lián)盟寰宇一家宣布一系列拯救行動，同時天合聯(lián)盟的達(dá)美航空亦提出拯救日航的消息，令美國航空將提供日航的資金提升到14億美元。
2010年1月19日下午，日航向東京地方裁判所申請破產(chǎn)保護(hù)，從而進(jìn)入由日本政府主導(dǎo)的破產(chǎn)重組程序。這是日本歷史上金融業(yè)外最大的破產(chǎn)案。2月9日，日航宣布將加強(qiáng)與美國航空的合作關(guān)系，并將共同申請美日航線的反壟斷豁免權(quán)。日航和其旗下公司共負(fù)債2．32萬億日元（256.5億美元），申請破產(chǎn)保護(hù)后，日本政府持有的企業(yè)再生支援機(jī)構(gòu)（ETIC）于2010年向日航注資3500億日圓，保持日航業(yè)務(wù)正常運(yùn)營，并支持日航為期3年的大規(guī)模重組計(jì)劃。
在進(jìn)行經(jīng)營重組后，日航自2011年4月1日起重新啟用“紅鶴”標(biāo)志。新標(biāo)志將對舊標(biāo)志的“JAL”三個字母的字體進(jìn)行改動，同時，機(jī)身側(cè)面將用黑色粗體字寫上日航英文名。第一架使用新標(biāo)志的飛機(jī)被命名為“紅鶴1號”（日語：鶴丸1號機(jī)），機(jī)型為波音767-346ER（編號JA654J），于2月28日下午首航執(zhí)飛羽田—北海道釧路航線。日航旗下的飛機(jī)標(biāo)志將逐步更換，全部更換估計(jì)將需要8年的時間。
2011年3月1日，日航的波音747客機(jī)正式退役。自1970年啟用的波音747客機(jī)，最高峰期間（1994－2001年）曾有80架飛機(jī)在運(yùn)營，后由于公司經(jīng)營情況惡化、飛機(jī)油耗過大等問題而被迫退役。日航最后一班使用波音747執(zhí)飛的國際航班是2月28日從成田機(jī)場飛往夏威夷火奴魯魯?shù)娜毡竞娇?6號班機(jī)。
2011年3月28日，東京地方裁判所結(jié)束對日本航空長達(dá)14個月的破產(chǎn)保護(hù)程序 。同年7月，日航宣布與澳洲航空合作，組建捷星日本航空。
持有日本航空達(dá)96.5%股權(quán)的企業(yè)再生支援機(jī)構(gòu)（ETIC），以每股3790日圓，出售1.75億股股份，籌集6630億日圓（約663億港元），以退出在日航的投資。日航擬于2012年9月10日定價，并于19日在東京證券交易所上市。

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