Χρησιμοποιώντας την παραγόμενη θερμότητα για τη σύλληψη του ανερχόμενου αέρα μέσα σε ένα περίβλημα υλικού, η ιδέα του μπαλονιού ζεστού αέρα έχει γοητεύσει επιστήμονες και κερδοσκόπους για αιώνες. Τα αερόστατα ήταν μια από τις πρώτες μεθόδους πτήσης που δημιουργήθηκαν από τον άνθρωπο. Αν και η τεκμηριωμένη ιστορία τους γενικά ξεκινά μόλις τον 18ο αιώνα, ορισμένα στοιχεία δείχνουν ότι τα μπαλόνια ήταν στο μυαλό των ανθρώπων για χιλιάδες χρόνια.
Η Κίνα ισχυρίζεται γενικά ότι είναι η πρώτη που έκανε χρήση της τεχνολογίας. Ο θερμαινόμενος αέρας είναι ελαφρύτερος από τον κρύο αέρα, επομένως εάν υπάρχει επαρκής φάκελος για να παγιδευτεί ο αέρας, η συσκευή στην οποία είναι συνδεδεμένη θα ανυψωθεί. Τον 3ο αιώνα, μικρές μη επανδρωμένες εκδόσεις μπαλονιών θερμού αέρα, που ονομάζονταν φανάρια Kongming, χρησιμοποιήθηκαν ως συσκευές σηματοδότησης κατά τις συνεχείς στρατιωτικές εκστρατείες της εποχής. Αυτά τα φανάρια αργότερα έγιναν παραδοσιακά σε μερικά κινέζικα φεστιβάλ.
Αρκετοί αερόστατοι και ιστορικοί έχουν υποθέσει ότι οι Ινδιάνοι Nazca του Περού θα μπορούσαν να είχαν χρησιμοποιήσει τεχνολογία αερόστατων για να τους βοηθήσουν στην κατασκευή των διάσημων γραμμικών σχεδίων Nazca. Χρησιμοποιώντας μόνο την τεχνολογία που ήταν διαθέσιμη στους Nazcas του 6ου αιώνα, δύο αερόστατοι κατασκεύασαν ένα τεράστιο μπαλόνι ικανό να πετάξει. Αν και δεν έχουν αποκαλυφθεί στοιχεία που να υποδηλώνουν ότι οι άνθρωποι της Nazca πετούσαν με μπαλόνια, η δοκιμή έδειξε ότι ήταν σίγουρα δυνατό.
Η ιστορία του σύγχρονου αερόστατου ξεκινά στην Πορτογαλία το 1783, όταν ένας ιερέας έδειξε στην πορτογαλική αυλή το μικρό, λειτουργικό του μοντέλο με μπαλόνι. Λίγους μήνες αργότερα, τον Σεπτέμβριο του 1783, ο επιστήμονας Jean-Francois Pilatre de Rozier πραγματοποίησε την πρώτη μεγάλης κλίμακας δοκιμή με μπαλόνι, εκτοξεύοντας ένα πιθανότατα έκπληκτο πρόβατο, πάπια και κόκορα σε πτήση πριν το μπαλόνι πέσει στο έδαφος. Επίσης εκείνη τη χρονιά, τα αδέρφια Joseph-Michel και Jacques-Etienne Montgolfier παρουσίασαν την πρώτη επανδρωμένη πτήση στο Παρίσι.
Το αερόστατο γρήγορα απογειώθηκε ως ανταγωνιστικό άθλημα μεταξύ των φιλάθλων, με τις προσπάθειες να σημειωθούν ρεκόρ απόστασης και ύψους. Το 1785, ένα επανδρωμένο αερόστατο πέταξε κατά μήκος της Μάγχης, που μετέφερε τον Jean Pierre Blanchard και τον John Jefferies, έναν από τους πρώτους Αμερικανούς αερόστατους. Ο Jean-Francois Pilatre de Rozier θα πέθαινε αργότερα το ίδιο έτος σε μια παρόμοια προσπάθεια. Στις 7 Ιανουαρίου 1793, ο Blanchard έγινε επίσης ο πρώτος που χρησιμοποίησε αερόστατα στην Αμερική.
Ως στρατιωτικό εργαλείο, τα αερόστατα θερμού αέρα χρησιμοποιήθηκαν ως κατασκοπευτικά οχήματα κατά τη διάρκεια της Γαλλικής Επανάστασης στη μάχη του Fleurus. Επίσης εργάστηκαν κατά τη διάρκεια του Αμερικανικού Εμφυλίου Πολέμου του 19ου αιώνα. Από την εφεύρεση των αεροσκαφών με φτερωτά, τα μπαλόνια έχουν πέσει εκτός στρατιωτικής χρήσης, ενώ διατηρούν τη δημοτικότητά τους ως χομπίστα.
Μετά το έργο του Blanchard, οι σύγχρονοι μπαλονίστες έχουν σημειώσει αρκετά νέα ρεκόρ. Το 1932, ένας επιστήμονας ονόματι Auguste Piccard πέταξε ένα αερόστατο σε ύψος πάνω από 52,000 πόδια (15.8 km) στην πρώτη πτήση για να φτάσει στη στρατόσφαιρα. Μετά από πολλές αποτυχημένες προσπάθειες, ο Ben Abruzzo, η Maxie Anderson και ο Larry Newman έγιναν οι πρώτοι άνθρωποι που διέσχισαν τον Ατλαντικό Ωκεανό με αερόστατο το 1978. Το 1991, η μεγαλύτερη πτήση με αερόστατο στην ιστορία έγινε με πιλότο τον Per Lindstrand και τον δισεκατομμυριούχο Richard Branson και διέσχισαν 476,710 μίλια (7671.91 χλμ.).
Τα μπαλόνια θερμού αέρα ήταν η πρώτη επιτυχημένη προσπάθεια των ανθρώπων να φτάσουν πάνω από τη γνωστή μας επιφάνεια. Ενώ η μεταγενέστερη τεχνολογία της αεροπορίας είχε ελάχιστη σχέση με την επιστήμη πίσω από τα αερόστατα θερμού αέρα, το όνειρο της πτήσης δόθηκε αληθινή δυνατότητα από την επιτυχία τους. Οι πτήσεις με μπαλόνια σήμερα εξακολουθούν να θεωρούνται ένα θαύμα, με μια σταθερή επαναλαμβανόμενη εικόνα ομορφιάς και γαλήνης να είναι μια εικόνα αερόστατων διάσπαρτα σε έναν τέλειο ουρανό.