2002年、グロス請けを担当していたテレビアニメ『The Soul Taker 〜魂狩〜』のスピンオフ作品であるOVAシリーズ『ナースウィッチ小麦ちゃんマジカルて』にてタツノコプロと共同元請制作ながら一般作品の元請制作に参入（1・2話のみ）。2003年、初の元請制作のテレビアニメ『フルメタル・パニック? ふもっふ』をいくつかの話数でタツノコプロの制作協力を得ながら制作し、アニメファンの注目を集めた。2005年には全話グロス請けに出さずに制作した『AIR』を手がけ、他を圧倒するほどの作り込みと巧みな演出が話題を呼び、京都アニメーションの名はアニメファンの間でブランド化した。以後、グロス請けは動画仕上げにとどめ、1話毎のグロス請けを請けず自社元請制作に専念するようになり、『AIR』以降、ゲームブランドKeyが製作した恋愛アドベンチャーゲームをテレビアニメ化し、『Kanon』、『CLANNAD』、『CLANNAD 〜AFTER STORY〜』と毎年1作ずつ制作した。2006年、初めて地上波UHFアニメとして制作した『涼宮ハルヒの憂鬱』は、「時系列シャッフル」と呼ばれる手法などで同年上半期最大の話題作となった。2009年、自社オリジナル企画OVA『MUNTO』に新作カットを加えたディレクターズカット版として『空を見上げる少女の瞳に映る世界』を制作し、UHFアニメとして放送。同時期に劇場版企画『天上人とアクト人 最後の戦い』で劇場アニメに初進出した。同年、軽音楽をテーマとした同年4月の『けいおん!』では、キャラクター名義のCDとして初のオリコンチャート1位獲得や、登場人物の使用する楽器が急激に売り上げを伸ばすなど、その経済的影響力にも大きな注目が集まり、日経MJ2009年ヒット商品番付の西前頭に選出されるなど、社会現象になった。本作は2010年に第15回アニメーション神戸において作品賞・テレビ部門を受賞。2011年に公開された劇場作は興行収入19億を記録し、2012年に第17回アニメーション神戸において作品賞・劇場部門を受賞した。
やがて1990年代半ばから、演出・作画・仕上げ・背景・撮影などを自前で行う体制を整え、テレビアニメのグロス請けを行うようになった。スタジオを4か所構えた時期もあったほか、ゲームソフトのパッケージデザインや、そのソフトに関連したコミック版も請け負っていた。1992年にはシンエイ動画からの受注で内田春菊原作のテレビアニメ『呪いのワンピース』を、演出から仕上げまで初めて社内スタッフだけで制作した。このころにはすでに質の高い仕事で評判になっていた。その後、長らく主要取引会社であるシンエイ動画・サンライズ・ぴえろ・タツノコプロ・GONZOなどの制作作品のグロス請け等の下請けを行った。また、『紅の豚』や『魔女の宅急便』などのスタジオジブリ作品の制作にも参加した。アニメ監督の杉井ギサブローによると、その評判から仕事の依頼が絶えず、発注元の制作会社では京都アニメーションに仕事を依頼するためにスケジュール調整を行うことがあったという。1999年、株式会社に組織変更。このころから、デジタルペイント・デジタルコンポジット制作体制へと移行する。
創業者の八田陽子（旧姓: 杉山）は東京都出身で、アニメーターである実兄の杉山卓の紹介により手塚治虫に師事し、旧虫プロダクションで仕上げ経験を積んだ。その後転職して京都府に移住し、現地で経理担当の鉄道員である英明と知り合って結婚し、宇治市に移り住み、そこで近所の主婦に請われてアニメ製作の塾を開講した。その後、東京にいる実兄やシンエイ動画の社長である楠部大吉郎などの人脈を駆使して仕事を探し、1981年に前述の主婦らと共にシンエイ動画、タツノコプロ及びサンライズの仕上げの仕事を始めたことが事業の始まりである。当初は「京都アニメスタジオ」と名乗っていたが、のちに「京都アニメーション」に改称して英明を社長に据え、1985年に有限会社として法人化される。元は仕上げの工程を行う仕上専門会社であったが、1986年に作画部門を設立し、他社の動画の下請けを始めている。1987年のタツノコプロ制作のテレビアニメ『赤い光弾ジリオン』では実質的な制作を行ったとされ、同作品のプロデューサー石川光久がアイジータツノコ（後のProduction I.G）を設立する際には出資を行った。なお、京都アニメーションもアイジーも、設立当初は杉山卓及び陽子の実姉が、大手製薬会社で経理を担当した経験を活かして支援していた。
カトリック教徒が北アイルランドで被っていた就職や住居、そして政治上の差別は、多数派に有利な選挙システムにより成り立っていた。1960年代アメリカ合衆国における公民権運動の活発化により、北アイルランドでも差別撤廃への関心が強まった。カトリックによるデモが右派ユニオニストの影響下にある王立アルスター警察隊 (RUC) により暴力を用いて鎮圧されたため、社会不安が増加した。また、カトリック住民とプロテスタント住民との衝突も活発化した。1966年、IRAに対抗するため、プロテスタント系の非合法の民兵組織アルスター義勇軍 (UVF) が組織され、カトリック住民に対するテロ行為を開始した。1969年、北アイルランド各地でカトリック住民と現地警察との間に大規模な暴動が繰り返し発生した。騒乱を鎮めるため、8月14日にイギリス軍部隊が北アイルランドに派遣され、現地の警察に代わり町の警備につくことになった。現地警察に不信感を抱くカトリック住民は当初、イギリス軍を歓迎し、兵士たちにサンドイッチや紅茶などをふるまう姿が見られたが、軍と住民との間の友好関係は長続きしなかった。1969年12月に行われたIRAの特別軍事会議は、アイルランド共和国の議会（ウラクタス）への参加の是非と北アイルランド問題への対応を巡って激しく対立した。マルクス主義の影響を受けていた主流派はオフィシャルIRAを組織して穏健主義を掲げたが、北アイルランドのカトリック・コミュニティを実力で守ることを選んだメンバーによってIRA暫定派が結成されることになった。 行動方針は1969年以前のIRAのものをほぼ採用した。それによると、北アイルランドのイギリス統治はもちろんのこと、アイルランド共和国 (Republic of Ireland) をも非合法であるとしており、上に挙げた暫定政府の正規軍であると認められていたIRA軍事協議会こそが統一アイルランド (Irish Republic) の正統政府であるとされている。このような正閏論的な主張は1986年に撤回された。 紛争は、血の日曜日事件と血の金曜日事件が発生した1970年代前半に頂点を迎えた。北アイルランド政府に解決能力がないと見たイギリス政府は1972年、ストーモント議会（北アイルランド議会）を廃止し、北アイルランドはイギリス本国政府の直轄統治下に入れられた。北アイルランドではRUCとイギリス軍、カトリック系のIRA暫定派、IRA、アイルランド国民解放軍、プロテスタント系のアルスター防衛同盟、アルスター義勇軍などが互いに攻撃・テロを繰りかえし、これらの事件による死者は3,000名に及んだ。テロは北アイルランドのみならず、イギリス本土、アイルランド共和国にも伝播していった。イングランドでの死者数は125名に及び、また西ドイツ、オランダ、ジブラルタルなどヨーロッパ大陸でも、イギリス軍兵士を標的にするテロ行為や、IRAに対するイギリス軍特殊部隊の作戦などで18名の死者が出た。代表的な例として、1988年ジブラルタルにおける、IRA暫定派のメアリード・ファレルら3人が待ち伏せしていたイギリス軍の特殊空挺部隊に銃撃され、全員が死亡した事件などが挙げられる。