第二次世界大戰日本戰敗后，日本政府意識到有需要開(kāi)設一間可靠的航空公司來(lái)協(xié)助日本重新增長(cháng)，因此，日本航空株式會(huì )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(yǔ)：Martin2-0-2）飛機及西北航空職員開(kāi)始服務(wù)東京至數個(gè)國內城市的航線(xiàn) 。
1953年8月1日，日本國會(huì )通過(guò)“日本航空株式會(huì )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(kāi)辦第一條國際航線(xiàn)，來(lái)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，單程機票價(jià)格為USD650，每?jì)芍芤话?，航班號碼為001。翌年香港和臺北同時(shí)成為了日航首個(gè)亞洲地區航點(diǎn)。1960年接收了首架?chē)娚錂C道格拉斯DC-8 。不久，日航就開(kāi)辦了多條國際航線(xiàn) 。
1972年，在“45/47體制”下，日本政府頒布了所謂的“航空法”，日航獲準以國家航空公司的名義開(kāi)辦國際航線(xiàn)，并被委派開(kāi)辦國內支線(xiàn)與全日本空輸競爭。在這年代，日航航線(xiàn)不斷增加，因而購買(mǎi)了波音747、波音727及道格拉斯DC-10以應付需求 。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(xiàn)。自1984年起，日本航空是全球擁有波音747客機最多的航空公司。1970年代，日航開(kāi)始增加推銷(xiāo)活動(dòng)，如大量制造飛機模型及其他促銷(xiāo)品。日航亦購買(mǎi)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(guò)一半的收入都是來(lái)自往美國的航線(xiàn)，因此日航向美國加強游說(shuō)給予往東岸的跨大西洋航線(xiàn)的航權 。1978年開(kāi)辦經(jīng)安克雷奇往巴西圣保羅及里約熱內盧的航班，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場(chǎng) 。
1970年代末，日本開(kāi)始考慮取消管制規定，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(gè)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自由開(kāi)辦任何航線(xiàn)與日航競爭 。由于競爭增加，日航的公司架構亦有所轉變；日航重整為三個(gè)分部：國際客運、國內客運及貨運（包括郵件）服務(wù) 。
1990年代初，波斯灣戰爭開(kāi)始前，日航加派航班協(xié)助日本僑民撤離伊朗。1992年，日航開(kāi)辦了“日航包機”，1997年，華特迪士尼公司宣布日航為東京迪士尼樂(lè )園的指定航空公司。同年，日本航空快運成立，主要使用波音737客機。1990年代，美國及英國經(jīng)濟衰退，使日航遭遇經(jīng)濟困難。
自1986年，日航每年一直有盈利，直到1992年開(kāi)始虧損。日航開(kāi)始實(shí)行節流措施，包括設立廉價(jià)航空公司日本航空快運及將度假游客轉往日線(xiàn)航空（前身“日航包機”）。這些措施使日航于1999年轉虧為盈 。
1990年代，日航訂購更多波音777客機翻新機隊。日航是波音777“WorkingTogether”開(kāi)發(fā)計劃八位成員之一，為設計提供建議
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”（日語(yǔ)：日本航空システム，英語(yǔ)：JapanAirlinesSystem，又譯為日本航空系統、日本系統航空，其前身是東亞國內航空），組成了日航集團新的核心。飛機涂裝亦被更改以配合新日航集團的設計。合并完成后隨即更換公司的標志，名為T(mén)he Arc of the Sun（太陽(yáng)のアーク）。從2004年4月1日起，以乘客量來(lái)計，日航當時(shí)為全球第六大 ；以收入來(lái)計，日航當時(shí)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，涂裝亦逐漸轉換。在“JAL - 日本航空”的統一品牌基礎上，成立了以Japan Airlines Domestic負責所有日本國內客運業(yè)務(wù)；Japan Airlines International負責所有國際客運及貨運業(yè)務(wù)的航空公司
2004年6月26日，母公司“日本航空系統”更名為“日本航空株式會(huì )社”（英語(yǔ)：JapanAirlinesCorporation）。合并后“日本國內航空”負責日航的國內航線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，“日本國際航空”則兼負國際航線(xiàn)及國內支線(xiàn)。2006年，“日本國際航空”及“日本國內航空”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時(shí)，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亞航空并入主線(xiàn)日本航空。在1975年至2008年間，由于臺灣的政治形勢，日本亞細亞航空專(zhuān)門(mén)飛行日本至臺灣的航線(xiàn)[20]。
2009年11月13日，日航2009年第二季的盈利報告和記錄達1,312億日元赤字。傳出日航將會(huì )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(dòng)，同時(shí)天合聯(lián)盟的達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，從而進(jìn)入由日本政府主導的破產(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，日航宣布將加強與美國航空的合作關(guān)系，并將共同申請美日航線(xiàn)的反壟斷豁免權。日航和其旗下公司共負債2．32萬(wàn)億日元（256.5億美元），申請破產(chǎn)保護后，日本政府持有的企業(yè)再生支援機構（ETIC）于2010年向日航注資3500億日圓，保持日航業(yè)務(wù)正常運營(yíng)，并支持日航為期3年的大規模重組計劃。
在進(jìn)行經(jīng)營(yíng)重組后，日航自2011年4月1日起重新啟用“紅鶴”標志。新標志將對舊標志的“JAL”三個(gè)字母的字體進(jìn)行改動(dòng)，同時(shí)，機身側面將用黑色粗體字寫(xiě)上日航英文名。第一架使用新標志的飛機被命名為“紅鶴1號”（日語(yǔ)：鶴丸1號機），機型為波音767-346ER（編號JA654J），于2月28日下午首航執飛羽田—北海道釧路航線(xiàn)。日航旗下的飛機標志將逐步更換，全部更換估計將需要8年的時(shí)間。
2011年3月1日，日航的波音747客機正式退役。自1970年啟用的波音747客機，最高峰期間（1994－2001年）曾有80架飛機在運營(yíng)，后由于公司經(jīng)營(yíng)情況惡化、飛機油耗過(guò)大等問(wèn)題而被迫退役。日航最后一班使用波音747執飛的國際航班是2月28日從成田機場(chǎng)飛往夏威夷火奴魯魯的日本航空76號班機。
2011年3月28日，東京地方裁判所結束對日本航空長(cháng)達14個(gè)月的破產(chǎn)保護程序 。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96.5%股權的企業(yè)再生支援機構（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(jià)，并于19日在東京證券交易所上市。

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