Основатель ЦАГИ — профессор Императорского технического училища и Московского государственного университета Николай Егорович Жуковский — обладал очень глубокими познаниями в высшей математике и инженерных науках. Неудивительно, что вокруг этого человека сплотился коллектив студентов, одержимых идеей практического воздухоплавания. Его теоретические работы в области авиации, практический опыт создания аэродинамических труб в МГУ, ИМТУ и Кучино и проводившиеся в этих лабораториях исследования послужили фундаментом для развития авиационной науки в России.

В 1918 г. студенты и ученики Н.Е. Жуковского сумели убедить своего учителя обратиться к новым властям с предложением о создании в Советской России комплексного научного центра. Инициатива профессора Жуковского была поддержана руководителем Научно-технического отдела Высшего совета народного хозяйства Н.П. Горбуновым, и 1 декабря 1918 г. Центральный аэрогидродинамический институт (сокращенно — ЦАГИ) начал работу. После смерти Н.Е. Жуковского в 1921 г. ЦАГИ возглавил его соратник — С. А. Чаплыгин, видный ученый в области механики, внесший важнейший вклад в формирование научного облика института.

В последующие десятилетия структура ЦАГИ неоднократно менялась, оптимально приспосабливаясь к спектру решаемых задач и потребностям народного хозяйства, но в неприкосновенности оставалось одно — высочайшая научная школа и дух коллегиальности. Экспериментальная база института позволила в довоенный период проводить исследования по аэродинамике, гидродинамике, динамике полета и прочности летательных аппаратов. В ЦАГИ под руководством А.Н. Туполева в период 1924—1936 гг. были созданы такие этапные для отечественной авиации самолеты, как ТБ-1, ТБ-3 и другие.

Интенсивная работа института, направленная в предвоенные годы, в первую очередь, на прогресс самолетостроения, проходила в тесном сотрудничестве с ОКБ и заводами. Еще в 1925 г. были завершены работы по формированию «Норм прочности самолетов» — важнейшего для развития авиации документа, который впоследствии постоянно совершенствовался по мере эволюции авиационной техники.

Для помощи конструкторам в ЦАГИ в 1937 г. был выпущен первый том «Справочника для конструкторов», в котором были систематизированы требования по аэродинамике самолета. «Гидромеханика гидросамолета» и «Прочность самолета» были изданы II и III томами в 1938—1939 гг. В условиях военного времени в 1943 г. ЦАГИ выпустил фундаментальное издание — «Руководство для конструкторов». Так результаты фундаментальных исследований внедрялись в повседневную работу конструкторов и проектантов, закладывая прочную основу научного подхода к самолетостроению.

Появление в середине 1930-х гг. высокоскоростных самолетов-монопланов потребовало расширения экспериментальной базы института. Площадку для строительства нового комплекса экспериментальных установок выбрали в пойме Москвы-реки неподалеку от дачной платформы Отдых. Первый камень в основание нового ЦАГИ был заложен в 1935 г., а уже через четыре года в строй вступил блок больших труб Т-101 и Т-104. Совершенно новой установкой стала аэродинамическая труба переменного давления Т-106, позволявшая получать большие околозвуковые скорости.

Для сотрудников был построен жилой поселок, получивший в духе времени название Стаханов. Вскоре поселок стал городом центрального административного подчинения, который нарекли Жуковским, в честь основателя ЦАГИ. В 30—40-е гг. от ЦАГИ отделились ЦИАМ (1930 г.), ВИАМ (1932 г.), ЛИИ (1941 г.), ОКБ  А.Н. Туполева (1936 г.), СибНИА (1946 г.) и ряд других, впоследствии всемирно известных организаций.

В годы Великой Отечественной войны ЦАГИ проводил инновационные исследования, направленные на повышение тактико-технических характеристик советских боевых самолетов, а также осуществлял модернизацию и совершенствование существующего авиационного парка. Естественно, особое внимание уделялось, в первую очередь, практическим запросам в соответствии с единственно правильным в то время лозунгом «Все для фронта, все для победы!» Но не останавливались и фундаментальные исследования, благодаря которым в первые послевоенные годы отечественная авиация совершила революционный скачок в область сверхзвуковых скоростей.

Чтобы не двигаться по этому пути вслепую, потребовалось создать арсенал новых аэродинамических труб и специальных стендов. Внедрению результатов исследований ученых ЦАГИ должны быть благодарны те десятки стран, куда экспортировались советские истребители МиГ-15, МиГ-17, МиГ-21, Су-7Б и др., а также зенитные ракетные комплексы. В конечном счете, тесный союз конструкторов ОКБ и ученых ЦАГИ обеспечил победы в небе Кореи, Северного Вьетнама, а позднее — Ближнего Востока. Аэродинамики и прочнисты ЦАГИ сказали решающее слово при создании всех самолетов — носителей стратегического ядерного оружия: от Ту-16 до Ту-160.

Становление ракетной техники в СССР также не прошло без участия ЦАГИ. Более того, очередное расширение экспериментальной базы института, прошедшее на рубеже 1950—1960-х гг., было направлено как раз на создание новых установок, обеспечивающих гиперзвуковые скорости потока и моделирующих такие сложнейшие процессы, как аэродинамический нагрев при входе летательного аппарата в атмосферу, распространение ударных волн и многое другое. Была построена целая серия газодинамических установок и аэродинамических труб, рассчитанных на достижение скоростей обтекания в диапазоне чисел М=8—20; лаборатории теплопрочностных испытаний и испытаний на выносливость; усовершенствовалась энергетическая база института.

Этапными для института стали исследования аэродинамики и динамики полета самолетов с крылом изменяемой геометрии. Успешно решив проблемы устойчивости и управляемости, прочности и аэроупругости и доказав преимущества подобной компоновки, ЦАГИ дал путевку в жизнь таким многорежимным самолетам, как МиГ-23, Су-24 и Ту-160.

Проведение исследований по этим и другим машинам стимулировало развитие вычислительной базы института и формирование направления численных методов расчетов в газодинамике и прочности.

В конце 1960-х гг. развернулись работы по созданию фронтовых истребителей нового поколения с высокой тяговооруженностью и маневренностью. Исследования вопросов нестационарной аэродинамики, новых компоновок с несущим фюзеляжем и управления вихревой структурой крыла воплотились в самолетах МиГ-29 и Су-27, продемонстрировавших непревзойденные маневренные качества и боевой потенциал.

Важный вклад внесли специалисты ЦАГИ в создание пассажирских и транспортных самолетов нового поколения Ил-96, Ту-204 и Ан-124. Применение сверхкритических профилей позволило улучшить аэродинамические характеристики крыла и, как следствие, повысить экономичность этих самолетов. Решение проблемы флаттера самолетов Ил-96 и Ту-204, напрямую связанное с безопасностью полетов, было найдено в результате совместных исследований ЦАГИ, ЛИИ и ОКБ.

Самой крупномасштабной работой двух последних десятилетий, проведенной с привлечением всех подразделений института, стало создание воздушно-космического самолета «Буран». Достаточно сказать, что для исследования его теплозащиты была построена натурная тепло-прочностная вакуумная камера ТПВК диаметром 14 м и длиной 30 м! Были решены проблемы акустической прочности, построения алгоритмов автоматической системы управления и многое другое. Блестящий летный дебют «Бурана» состоялся за полмесяца до семидесятилетия ЦАГИ.

В 1994 г. указом президента Российской Федерации ЦАГИ получил статус Государственного научного центра. Символично, что документ о регистрации имеет № 1!

В настоящее время в ЦАГИ работают 4500 сотрудников, среди которых 695 научных работников, в том числе один академик РАН, три члена-корреспондента РАН, 103 доктора наук и 463 кандидата наук.

Научные заслуги коллектива ЦАГИ несомненны, и давно уже имена многих его сотрудников вписаны золотыми буквами в историю мировой авиации. Не менее важным достижением является создание системы научных исследований, позволяющей избегать дублирования и распыления средств. При этом не остается без внимания ни один аспект создания летательных аппаратов. Разумное сочетание объектовых работ с фундаментальными исследованиями сформировало тот задел, благодаря которому и сегодня, в условиях многолетнего кризиса оборонной промышленности, российская авиационная техника вопреки всему сохраняет по ряду направлений ведущие позиции в мире.

За большой вклад в развитие авиационно-космической науки и техники ЦАГИ награжден орденами Трудового Красного Знамени (1926 г.), Красного Знамени (1933 г.), орденом Ленина (1945 г.), Почетной грамотой Президиума Верховного Совета РСФСР (1968 г.), орденом Октябрьской Революции (1971 г.). В 1998 г. ЦАГИ объявлена благодарность президента Российской Федерации.