O Curso de Engenharia Aeronáutica foi, de fato, criado em 1939, para ser ministrado na então Escola Técnica do Exército (ETE, no Rio de Janeiro, atual Instituto Militar de Engenharia, IME). Foi nesse curso que Casimiro Montenegro Filho formou-se Engenheiro Aeronáutico. Em 1947 os Diplomas de Engenheiro Aeronáutico passaram a ser registrados no então Ministério da Aeronáutica, MAER, e foram contratados os primeiros professores em nome do ITA, com o curso ainda ministrado na ETE. Em 1950 os Cursos de Preparação e Formação de Engenheiros de Aeronáutica foram transformados nos Cursos Fundamental e Profissional e o ITA foi instalado no então Centro Técnico de Aeronáutica (CTA), em São José dos Campos, SP (hoje Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial, DCTA).
Em 1951 foi implantado o curso de Engenharia Eletrônica; em 1962 o curso de Engenharia Mecânica (transformado em Engenharia Mecânica-Aeronáutica em 1975); em 1975 o curso de Engenharia de Infra-Estrutura Aeronáutica (transformado em Engenharia Civil-Aeronáutica em 2006); em 1989, o curso de Engenharia de Computação e, em 2010, o curso de Engenharia Aeroespacial.
Em contraposição ao sistema de cátedras comum nas universidades brasileiras na época da sua fundação, o ITA adotou uma estrutura acadêmica departamental. Este modelo influenciou a nova orientação do ensino superior brasileiro através da Lei de Diretrizes e Bases da Educação Brasileira de 1961, e teve reflexos inegáveis na composição do novo currículo mínimo do curso de engenharia aprovado em 1976 pelo Conselho Federal de Educação.
O início dos cursos de pós-graduação oferecidos pelo ITA, em 1961, marcou não apenas a implantação, no Brasil, da pós-graduação em Engenharia, como introduziu o modelo de Mestrado que viria a ser adotado por outras instituições, sejam de Engenharia ou de outras áreas do conhecimento. As primeiras Teses de Mestrado foram defendidas em 10/01/1963 na área de Física e, em 22/01/1963, na área de Engenharia Eletrônica. A primeira Tese de Doutorado foi defendida em 17/11/1970.
Atualmente existem os programas de Pós-Graduação em Engenharia Aeronáutica e Mecânica (PG-EAM), Engenharia Eletrônica e Computação (PG-EEC), Física (PG-FIS), Engenharia de Infra-Estrutura Aeronáutica (PG-EIA) e Ciências e Tecnologias Aeroespacias (PG-CTE).
Agora o instituto, que até 2013 admitia apenas 120 alunos no seu vestibular, pretende duplicar o número de alunos na graduação e qualificar ainda mais a sua pós-graduação e pesquisa. No vestibular 2014 foram oferecidas 170 vagas.