维珍航空的历史可追溯到在1982年美国律师伦道夫·费尔兹（Randolph Fields）和前莱克航空的首席机长阿兰·希拉里（Alan Hellary）创立英国大西洋航空，用以继承已结业的莱克航空的业务。两次航线经营的失败后，他们决定筹集更多的资金后再开始经营业务。1984年，伦道夫·费尔兹向维珍集团创办人理查·布兰森提议合伙创设一家飞越大西洋的航空公司。布兰森对这个提议深感兴趣。不久，英国大西洋航空更名为维珍大西洋航空，成为维珍集团的附属公司。

1984年6月，维珍航空得到一架波音747-200型客机正式投入服务。1984年6月22日,维珍航空完成了伦敦到纽约的首航。为提高“维珍”的知名度，理查·布兰森曾两次驾驶一艘名为“维珍大西洋挑战号”的摩托艇横渡大西洋，这让他一夜成名，之后他乘坐名为“维珍大西洋飞行者”的热气球首次穿越大西洋。“维珍大西洋”随之闻名于世。

维珍航空之后又开通更多新的航线。布兰森曾不惜与英国航空业巨头英国航空公司打了一场官司，最终维珍航空赢得胜利，保住了在大西洋两岸的运营权。
1999年新加坡航空完成对英国维珍大西洋航空的收购，支付的价格为6亿英镑，合9.66亿美元

在2000年，维珍航空宣布订购空中客车A380客机。在2002年，维珍航空成为全球首个使用空中客车A340-600客机的航空公司；维珍航空在宣传其空中客车A340机队时，曾用一句口号“4 Engines 4 Long Haul”。

2004年，维珍航空在美国成立一家廉价航空公司维珍美国航空，发展美国内陆航线。

2007年波音和维珍大西洋航空公司宣布结为环保合作伙伴，共同开发生物燃料示范项目，于2008年利用维珍大西洋航空公司的一架波音747-400飞机正式启动这个示范项目，合作伙伴还包括GE航空。

2012年12月11日美国达美航空发表声明，为提高跨大西洋空运市场份额，将从新加坡航空公司中以3.6亿美元收购英国维珍大西洋航空49%的股权。维珍航空的品牌将继续保留，另外51%的股权由维珍集团及其创始人理查德·布兰森持有。