1949年，美国道格拉斯公司在DC-7运输机的发动机舱和隔热板上，第一次使用了钛合金。洛克希德公司的“黑鸟”高空高速战略侦察机SR-71，飞行速度超过3马赫，在高速飞行时，机体表面温度将超过常规铝合金蒙皮的极限，如果用钢制造，飞机重量会大大增加，影响飞行速度和升限等性能。因此，SR-71的机身大量采用了钛合金，总重达30多吨，占飞机结构重量的93%。
随着人们对飞机性能要求的不断提高，民用飞机的钛合金用量也在逐渐增加。早期波音707上的钛合金部件用量仅占结构总重量的0.2%，到最新的波音787，占比高达15%。
此外，钛合金也是制造航空发动机的主要材料。早期美国F-4战斗机使用的J79发动机，钛合金的用量只有50千克，不到总重量的2%。而现在大多数航空发动机的钛用量已经达到发动机总重量的25%?30%。如波音747、767的发动机JT9D，其用钛量为总重量的25%;空客A320的V2500发动机，其用钛量为总重量的31%。
钛合金的另一大用途是作为螺栓、铆钉等紧固件材料。这些紧固件虽小，但用量却很大，使用钛合金紧固件可以大大减轻重量。据估算，C-5大型运输机有70%的紧固件为钛合金紧固件，飞机因此而减重1吨左右。
航空材料开始大量用钛合金是因为钛及钛合金材料密度低、比强度高(目前金属材料中最高)、耐腐蚀、耐高温、无磁、组织性能和稳定性好，可以与复合材料结构直接连接，而且两者之间的热膨胀系数相近，不易产生电化学腐蚀，具有优良的综合性能。因此，钛合金在航空领域得到越来越广泛的应用。
现在钛合金3D打印技术已用于飞机制造。钛合金3D打印技术由于摆脱了传统的模具制造这一显著延长研发时间的环节，可以制造高精度、高性能、高柔性和快速制造结构十分复杂的金属零件，因而为先进飞机结构的快速研发提供了有力的技术手段。
