במהלך מלחמת העולם הראשונה הפעיל "גיס התעופה הצבאי" (Corpo Aeronautico Militare), אז עדיין חלק מהצבא המלכותי מגוון של מטוסי קרב צרפתים ומפציצים מתוצרת מקומית, שהבולט ביניהם הוא מטוס הקפרוני (Caproni) הענק. הצי המלכותי האיטלקי (Regia Marina) הפעיל גם הוא זרוע אווירית משלו, והפעיל כמה מטוסים ימיים מתוצרת מקומית כגון: SIAI S.8.
הקמת חיל האוויר המלכותי האיטלקי.
חיל האוויר המלכותי האיטלקי נעשה זרוע נפרדת ועצמאית ב-28 במרץ 1923. משטרו הפאשיסטי של בניטו מוסוליני הפך אותו למכונת תעמולה מרשימה, כאשר מטוסי החיל שכל המשטח התחתון של הכנפיים שלהם היו צבועים בצבעי הדגל האיטלקי, ביצעו מספר רב של טיסות ששברו שיאים. החיל הגיע לפסגת הישגיו כאשר שתי טייסות של מטוסים ימיים, בפיקודו של גנרל איטלו באלבו, חצו את האוקיינוס האטלנטי ב-1931 וב-1933 בהתאמה (סבויה-מרקטי S.55). במחצית השנייה של שנות השלושים, השתתף חיל האוויר המלכותי האיטלקי במלחמת האזרחים בספרד וכן במלחמה האיטלקית-אתיופית השנייה.
המלחמה באתיופיה.
במהלך המלחמה האיטלקית-אתיופית השנייה, למרות שלא היה מצויד כראוי, החיל הצליח להשמיד חלק גדול מהכוחות האתיופיים. מבצעי החיל היו חיוניים מאוד להצלחת הפלישה של הצבא המלכותי והם הצליחו גם בשל הסיבה שכוחות חיל האוויר האתיופי כמעט ולא היו קיימים בשטח.
מלחמת האזרחים בספרד.
במהלך מלחמת האזרחים בספרד הטייסים האיטלקים נלחמו לצידם של הלאומנים ולצידם של טייסי הלופטוואפה כחלק מ"הלגיון האווירי" (Aviazione Legionaria). משימה זו התמשכה מיולי 1936 עד מרץ 1939 והשלימה את מצבת חיל המשלוח האיטלקי שנקרא "צבא גייסות המתנדבים" (Corpo Truppe Volontarie). בספרד היו הטייסים האיטלקים תחת פיקודם הישיר של הלאומנים הספרדים ולקחו חלק באימון ובביצוע מבצעים משותפים יחד עם הטייסים הגרמנים של לגיון הקונדור.
אלבניה.
חיל האוויר המלכותי האיטלקי לקח חלק מצומצם בפלישה האיטלקית לאלבניה באפריל 1939.
מלחמת העולם השנייה.
כשפרצה מלחמת העולם השנייה ב-1939, היה חיל האוויר המלכותי האיטלקי הקטן מבין חילות האוויר של שלוש המדינות הראשיות של ברית מדינות הציר. על הנייר היו רשומים 3296 כלי טיס, כשרק 2000 מהם היו כשירים לפעילות מבצעית ורק 166 מתוכם היו מטוסי קרב חדישים. מטוסי ה-C.200 Macchi וה-G.50 Fiat היו מטוסי הקרב הטובים ביותר שבנמצא, אך עדיין היו איטיים ביחס לאלו של חילות האוויר של בעלות הברית. בנוסף לקשיים שהיו לחייל מבחינה מספרית, תעשיית המטוסים המקומית עבדה עדיין בשיטות מיושנות. סיוע טכני שניתן להם על ידי בעלי בריתם הגרמנים, שיפר מעט את המצב.
כיבוש צרפת.
ביוני 1940, במהלך הימים האחרונים של הקרב על צרפת, הכריזה איטליה מלחמה על צרפת ועל בריטניה. חיל האוויר המלכותי האיטלקי ביצע 716 גיחות הפצצה כגיבוי לפלישת הצבא המלכותי לצרפת. מטוסים איטלקים הטילו סך של 276 טון פצצות.
המזרח התיכון כולל ארץ ישראל.
כבר מראשית מעורבותה של איטליה במלחמה היה החיל מעורב בפעילות במזרח התיכון. במהלך המלחמה האנגלו-עיראקית, מטוסים איטלקים וגרמנים עצרו לתדלוק בסוריה שהייתה בשליטת צרפת של וישי וטסו לעיראק כדי לסייע לכוחותיו של רשיד עאלי אל-כילאני במרד נגד הבריטים ונגד ממשלת עיראק. מטוסים אלה הוסוו בתור מטוסים עיראקים וסומנו ככאלה. הדאגה מפני המשך ההשפעה הגרמנית והאיטלקית באזור הביאה להחלטה לפתוח במערכה בסוריה ובלבנון.
החל מיולי 1940 החלו המטוסים של חיל האוויר המלכותי האיטלקי להפציץ ערים בשטחי המנדט הבריטי בארץ ישראל. ב-15 ביולי, ב-24 ביולי וב-6 באוגוסט 1940 הפציצו מטוסים איטלקים את חיפה ופגעו בבתי הזיקוק בחיפה ובמאגרי הדלק של חברת של במפרץ חיפה. ב-10 בספטמבר נהרגו 137 איש בהפצצת חיל האוויר האיטלקי על תל אביב. באמצע חודש אוקטובר הפציצו האיטלקים את בתי הזיקוק שהפעילו האמריקנים בפרוטקטורט הבריטי בבחריין.
מזרח אפריקה.
ביוני 1940 היו לחיל האוויר המלכותי האיטלקי במזרח אפריקה 200–300 מטוסים בכשירות מבצעית. חלק מהמטוסים הללו היו כבר מיושנים, אך הם כללו גם מפציצי סבויה מרקטי SM.79 וסבויה מרקטי SM.81 ומטוסי קרב פיאט CR 42. במונחים יחסיים היו אלה המטוסים הטובים ביותר שהיו ברשות שני הצדדים הלוחמים בראשית המערכה במזרח אפריקה. בנוסף, היו המטוסים האיטלקים מוצבים בשדות תעופה טובים יותר בהשוואה לאלה של חיל האוויר המלכותי הבריטי ושל חילות האוויר של חבר העמים הבריטי. בתחילת המלחמה היו הטייסים האיטלקים מאומנים היטב ובטוחים ביכולותיהם. בהמשך, הניתוק מהמולדת, מחסור בדלק, בתחמושת ובחלקי חילוף ומחסור בכוח אדם חליפי, היוו קושי משמעותי לטייסים במזרח אפריקה והם נשחקו במלחמת התשה קשה. ב-31 בינואר 1941 דיווח הנסיך אמדאו, המושל האיטלקי באתיופיה כי מצב המטוסים של החיל בגזרה עמד כבר על 67 מטוסים מבצעיים בלבד, שלרשותם עמד מאגר דלק מוגבל וב-24 באוקטובר, כחודש לפני כניעת הכוחות האיטלקים במזרח אפריקה, הופל המטוס האיטלקי האחרון במערכה.
הקרב על בריטניה.
החל מה-25 באוקטובר 1940, נשלחו 170 מטוסים איטלקים, כולל 73 מפציצי פיאט BR 20, לבלגיה הכבושה, כדי ליצור את "קורפוס האוויר האיטלקי") שישתתף בקרב על בריטניה. הקורפוס השיג הצלחות מועטות בדצמבר 1940 ונסוג ברובו ליוון המטוס האיטלקי האחרון עזב את בלגיה באמצע חודש אפריל 1941.
המדבר המערבי.
בראשית המערכה במדבר המערבי היה מאזן הכוחות בין חיל האוויר המלכותי האיטלקי לבין חיל האוויר המלכותי הבריטי, שקול. בשלבים הראשונים היו מטוסי הקרב שעמדו לרשות שני הצדדים, מטוסי קרב דו-כנפיים מיושנים כמו הפיאט CR 32 והפיאט CR 42 של האיטלקים מול הגלוסטר גלדיאטור של הבריטים. בהמשך הצטיידו שני הצדדים במטוסים חדישים יותר.
לאחר המפלות של האיטלקים במבצע מצפן והגעתו של הגנרל ארווין רומל בראשות קורפוס אפריקה, הוכפפו כוחות חיל האוויר המלכותי האיטלקי במדבר המערבי לפיקודו של הלופטוואפה.
למרות שהמערכה באוויר בלוב הייתה מוגבלת עקב התנאים המדבריים, הצליח חיל האוויר המלכותי האיטלקי להפעיל כוח של כמעט 400 מטוסים. במהלך מתקפת הנגד הבריטית הראשונה, סבל החיל אבדות כבדות (מעל 400 מטוסים), עד לתחילת פלישת כוחות הציר ליוון, כאשר חלק גדול מכוחות היבשה והאוויר של הבריטים הועברו ליוון, מה שנתן לאיטלקים שהות להתארגן מחדש. מטוסים איטלקים חדשים תוגברו עם הגעתו של קורפוס אפריקה ב-200 מטוסי לופטוואפה בלוב בנוסף ל-600 מטוסים שהוצבו בסיציליה. בעבודה משותפת עם הלופטוואפה, תפקד החיל בצורה טובה יותר הודות לשינויים בתורת הלחימה והגעתם של מטוסים חדישים יותר. במהלך המתקפה הראשונה של קורפוס אפריקה, הצליחו האיטלקים למנוע התקפות של חיל האוויר הבריטי על כוחות הקרקע של רומל והעניקו חיפוי לנסיגתם במהלך מבצע צלבן תוך כדי שהם גורמים לאבדות כבדות בקרב המפציצים של חיל האוויר המלכותי הבריטי.
במהלך המתקפה השנייה של רומל, סבלו חיל האוויר המלכותי האיטלקי וחיל האוויר הגרמני, אבדות כבדות הודות ללוחמה עיקשת יותר של טייסות בעלות הברית במהלך קרבות האוויר באל-עלמיין ובגיחות ההפצצה על אלכסנדריה וקהיר. החיל שסבל מאבדות כבדות במצרים, נסוג בהדרגה לטוברוק, בנגזי, טריפולי ובסופו של דבר לתוניסיה.
מלטה.
חיל האוויר המלכותי האיטלקי השתתף במצור על מלטה, שהייתה מושבה בריטית, יחד עם כוחות חיל האוויר הגרמני בניסיון לכבוש את האי ובכך להשיג שליטה על נתיבי הים מסיציליה, סרדיניה ואיטליה לכוון צפון אפריקה. למרות שהיו כבר על סף רעב וסבלו אבדות כבדות, עמדו תושבי מלטה בהתקפות של חילות האוויר של איטליה וגרמניה, שאיבדו במצור כמעט 1500 מטוסים.
מנגד איבד חיל האוויר המלכותי הבריטי במצור על מלטה 800 מטוסים וכמות ניכרת של ספינות תובלה, אך המחיר ששילמו כוחות הציר היה גבוה יותר, כש-60% מהאספקה של כוחות הציר שנשלחה לצפון אפריקה אבדה הודות למטוסים, הצוללות והמשחתות שבסיסם היה במלטה.
גיברלטר ואלג'יריה.
מפציצי פיאג'ו P.108 שהמריאו מסרדיניה תקפו את גיברלטר פעמים אחדות במהלך שנת 1942. הפלישות המרהיבות ביותר שבוצעו התקיימו באוקטובר במשך כמה לילות רצופים. גיחות ההפצצה האחרונות בוצעו במהלך 1943 במקביל לנחיתת בעלות הברית באלג'יריה. בנוסף הצליחו המפציצים האלו לבצע הפצצות מוצלחות על נמל אוראן. הפיאג'ו P.108 היו המפציצים לטווח ארוך היחידים של החיל והוקמה קבוצת ההפצצה ה-274 שהייתה היחידה שהפעילה אותם.
יוון ויוגוסלביה.
במהלך מלחמת איטליה–יוון, בסוף שנת 1940 הייתה לחיל האוויר המלכותי האיטלקי עליונות אווירית. יחד עם זאת, עליונות זו לא עצרה את חיל האוויר היווני מלבלום את כוחות הצבא המלכותי האיטלקי שביצע נסיגה חזרה לשטח אלבניה. בראשית 1941 התהפך הגלגל כאשר הורמאכט החל בפלישה ליוגוסלביה. מנקודת זמן זו, תפקידו של חיל האוויר המלכותי האיטלקי במערכה בבלקנים היה בעיקר לתת סיוע לחיל האוויר הגרמני. סיוע זה המשיך במהלך שנות הכיבוש הגרמני ביוון וביוגוסלביה.
החזית המזרחית.