1949年，美國道格拉斯公司在DC-7運輸機的發動機艙和隔熱板上，第一次使用了鈦合金。洛克希德公司的“黑鳥”高空高速戰略偵察機SR-71，飛行速度超過3馬赫，在高速飛行時，機體表面溫度將超過常規鋁合金蒙皮的極限，如果用鋼制造，飛機重量會大大增加，影響飛行速度和升限等性能。因此，SR-71的機身大量采用了鈦合金，總重達30多噸，占飛機結構重量的93%。
隨著人們對飛機性能要求的不斷提高，民用飛機的鈦合金用量也在逐漸增加。早期波音707上的鈦合金部件用量僅占結構總重量的0.2%，到最新的波音787，占比高達15%。
此外，鈦合金也是制造航空發動機的主要材料。早期美國F-4戰斗機使用的J79發動機，鈦合金的用量只有50千克，不到總重量的2%。而現在大多數航空發動機的鈦用量已經達到發動機總重量的25%?30%。如波音747、767的發動機JT9D，其用鈦量為總重量的25%;空客A320的V2500發動機，其用鈦量為總重量的31%。
鈦合金的另一大用途是作為螺栓、鉚釘等緊固件材料。這些緊固件雖小，但用量卻很大，使用鈦合金緊固件可以大大減輕重量。據估算，C-5大型運輸機有70%的緊固件為鈦合金緊固件，飛機因此而減重1噸左右。
航空材料開始大量用鈦合金是因為鈦及鈦合金材料密度低、比強度高(目前金屬材料中最高)、耐腐蝕、耐高溫、無磁、組織性能和穩定性好，可以與復合材料結構直接連接，而且兩者之間的熱膨脹系數相近，不易產生電化學腐蝕，具有優良的綜合性能。因此，鈦合金在航空領域得到越來越廣泛的應用。
現在鈦合金3D打印技術已用于飛機制造。鈦合金3D打印技術由于擺脫了傳統的模具制造這一顯著延長研發時間的環節，可以制造高精度、高性能、高柔性和快速制造結構十分復雜的金屬零件，因而為先進飛機結構的快速研發提供了有力的技術手段。
