全日空的历史可追溯到于1952年12月27日成立的私营日本直升机公司以及另一家区域航空公司。最初的名称为“日本直升机公司”(航班号NH为日本直升机 Nippon Helicopter的简称)。1953年开始经营直升机业务，同年，获得授权经营定期客运服务，开始客运及货运服务。1955年引进道格拉斯DC-3型飞机投入服务。1957年，日本直升机公司正式更改名称为“全日本空输”(All Nippon Airways，简称ANA、全日空)。1957年12月，全日空收购日本远东航空。全日空业务发展迅速，开发了日本主要城市之间的全面航线网络。

　　全日空于1961年在东京证券交易所和大阪证券交易所上市。1963年全日空和富士航空公司合并。1960年代，全日空机队开始引入喷气式客机——波音727、波音737等。全日空1971年开通东京－香港航线，开展国际包机航班服务。

　　1973年全日空引入洛克希德L-1011客机，L-1011为全日空首款引入的宽体客机。全日空原先倾向购买道格拉斯公司的DC-10型客机，但最后决定引入洛克希德的L-1011。事后揭发洛克希德公司为推销其飞机行贿当时日本首相田中角荣等高官，从而迫使全日空订购洛克希德L-1011客机。事件最后导致了田中角荣及几名全日空高层被拘捕。这是1976年发生于日本的丑闻事件——洛克希德事件。

　　1978年全日空股票在法兰克福股票交易所挂牌上市。1978年全日空机队引进波音747，全日空亦于1983年引入了波音767。在日本政府决定允许加大竞争以扩大日本的海外旅游市场后，全日空1986年3月3日首航东京至关岛的客运航线，开展定期国际航线服务，全日空进入了一个新纪元。1980年代全日空开辟了大量的国际航线。1990年代全日空持续把业务扩张至亚洲、北美、欧洲等地。1991年全日空股票在伦敦股票交易所挂牌上市。1995年全日空机队引进波音777，全日空机队开始引进空中客车客机，如A320。

　　全日空在2004年宣布订购50架全新波音787客机，并于2008 年交付使用。全日空的盈利亦于2004年首次超越另一家日本大型航空公司日本航空公司。