1959年9月，为发展台湾的航空事业，以及建立“空防根植于民航”之理念，由时任台湾空军总司令徐焕升与交通部的大力主导下，于1959年12月16日成立，一开始只有两架PBY-5B水陆两用运输机，首班航线为台北─日月潭。初期项目多半为军事活动，包括不定期包机业务、金马前线支援任务、敌后空投、空降任务等。1961年还曾至老挝代行战地运补任务工作。1962年添购DC-3、DC-4、YS-11等飞机后，10月开设台北飞花莲的班机，成为华航的第一条台湾境内航线。同年，台湾空军为了不直接参加越战而以华航的名义支援美军，为美军执行运补和后送的任务。1966年应美国和军方的要求，华航开设台北到越南西贡（今 胡志明市）的航线，而这条航线也就成为华航的第一条国际航线。
1966年华航利用为美方于中南半岛执行任务的收入引进二手L-1049H洛克希德星座（Lockheed Constellation）型涡轮螺旋桨客机，也首次订购了两架波音707型新机，开启了华航进入喷射机时代之序幕。1970年代可谓华航由“军方航空”转为“民用航空”之转捩点：新购入两架波音707客机首架于1969年11月7日接收，1970年首航台北经东京至旧金山航线，1971年引进卡拉维尔（Caravelle）双发动机客机经营台湾境内与东南亚包机航线，但因飞安记录不佳及外交因素于1976年4月9日起即被新引进之波音737-200客机所取代。随着航线与运量的成长，华航也不落人后，于1975年5月与1977年4月耐档雀分别引进波音747-100与波音747SP，成为亚洲地区少数早期取得波音747机队的航空公司之一。
1980年代起，华航开始扩张并转型为客货运并行发展之航空公司。1983年，华航开办欧洲之卢森堡货运航线、1993年开航德国法兰克福客运航线，使其航点又再度往欧洲地区扩张。随着航空公司的发展，华航又陆续汰换第一代的喷射机队，改为以波音747-200、波音MD-11、以及欧洲空中客车A300系列客机为主之航空公司。由于华航原始涂装为代表台湾，因1970年代起，航权也愈加难以取得。为求保有航权于1991年成立华信航空公司，飞航温哥华、悉尼等航线。而华航也因其身份之日益转型，于1995年改以“红梅扬姿”之泼墨红梅花做为航空公司之象征，同时也代表华航已经由“国营航空公司”之身份转为“民营化”之开始。
1993年2月26日，华航在台湾证交所上市。1995年，华航除推动企业识别更改以进行企业改造外，更大幅度添购新机、更新机队并简化机队种类。因过往随政治或外交因素之机队采购，造成机队混乱、维修不易而衍生严重之飞安问题，因此华航开始进行机队简化之作业，摆脱传统购机受到政府大幅度影响之传统，除向波音采购数十架新一代波音747-400客货机、波音737-800客机之外，也再度向空中客车集团采购新一代之A300-600R型客机，并同时于1994年与1998年兴建飞机修护棚厂，建立修护能量提升飞安。2003年更大规模向空中客车集团采购新一代之A330-300型客机担任中程航线之输运，与A340-300型长程客机来替换波音MD-11型客机飞行长程航线，显示华航以由“国营航空公司”明显转为“民营航空公司”。
中华航空有营办来往香港至台北、高雄等航线，而台北往来香港的航线亦被誉为载客量超高、利润大的“黄金航线”。
但政治因素并不见得全带给华航不利之因素，台湾与日本断交后，中华航空曾经是唯一仍在东京羽田机场起降的国外航空公司，因距离东京市区较近，反而造就极佳的业绩。直到2002年才与长荣航空共同改为成田机场起降。
2002年9月24日，中华航空经历28年后重返国际航空运输协会(IATA)。成为台湾首间加入该组织的航空公司。
2003年1月26日，中华航空和其他5间台湾航空公司执行首次春节台商包机任务，为中断了54年的海峡两岸通航展开一个新的里程碑；华航“CI585”成为首架降落在大陆上海浦东国际机场的台湾航空公司正常航班。昌早之后的2005年至今，华航亦有参与执行台商包机任务。
2005年11月4日，由于劳动条件急遽蠢前下降，空服员长期超时工作，华航资方积欠空服员加班费达上千万新台币，历经84次协商都无结果。近400-500名以空服员为主的华航员工，为抗议超时工作又无加班费，于包围华航总部进行抗争。
2006年9月20日，中华航空与民用航空局签订“台湾桃园国际机场航空事业营运中心兴建营运契约”，包括3年的兴建期及47年的营运期。该案是以原桃园机场过境旅馆旧址，改建成3栋大楼，分别为新营运总部、训练及派遣中心，以及一座与法国雅高（Accor）旅馆集团合作的全新机场旅馆。于2009年底以前陆续开始营运。
2006年12月25日，中华航空以无发现事项（no finding）的零缺失查核结果再次通过国际航空运输协会（IATA）的作业安全查核（IOSA）重新认证，为期两年。2007年，华航网站上开始出现特惠机票的广告，类似廉价航空公司的做法。4月1日华航全体空服员。地勤人员更换制服，历史悠久的蓝、紫旗袍及含中式元素的西装制服走入历史。5月11日，华航与西北航空签约，自2007年8月1日起成为伙伴，合作哩程计划与共用机场贵宾室，加上之前与意大利航空、达美航空和中国南方航空的合作，华航离加入天合联盟的目标更近。自11月23日起，由于长荣航空停驶巴黎客运航线，华航台北─法兰克福航线成为台欧间唯一直航不中停的航线。
2007年12月11日华航宣布采购20架A350，首度引进罗尔斯·罗伊斯发动机。华航计划采购20架空中客车研发中的A350-XWB客机，机型是A350-900，采商务及经济两舱等配置，大约可以载运366名旅客。20架订单中，有6架为选择权。订单金额约42.5亿美金，约1300多亿台币。
2008年7月4日历经60年的中断，台湾与大陆开启了正常航班的两岸直航，首班飞机由中华航空编号CI7957，机型A330-300，上午7时半由台湾桃园国际机场飞往上海浦东国际机场，开启了两岸直航的序幕。
2011年9月29日，中华航空成为天合联盟成员正式生效。
