大正5年に東京帝国大学工科大学内に、航空に関する基礎研究機関設立を目的とした航空学調査委員会が山川健次郎東京帝国大学総長によって設置される。委員会には東京帝大の6人の博士が所属し、愛橘が委員長を務めた。委員会での議論を経て、寺田寅彦や愛橘の主導により、大正7年（1918年）4月に東京市深川区越中島の埋立地に「航空機ノ基礎的学理ノ研究」を目的とした東京帝国大学付属航空研究所（航空研）が設置された。愛橘は顧問に就任し航空研究と本格的に関わっていく。初期の航空研究所には航空学科の教官や理科大学の航空物理学講座担当の教官が所員となり、寺田、田丸卓郎、本多光太郎らが所属して研究に勤しんだ。第一次世界大戦で航空機が活躍しその軍事的な意義が認知されると、日本政府は大正10年（1921年）から航空研究施設の拡充を五カ年計画により図ることとなる。これを受けた山川健次郎総長の後援により、同年に大学附属研究所から大学附置研究所へと改称され、研究所は独立した官制を持つこととなり、その性格を改めた。附置研究所となってからは研究成果の実用化を図るべく、陸海軍の佐尉官または技師からも所員に任命された。愛橘は国際航空連盟の会合に毎回出席して研究成果を発表した。昭和3年（1928年）1月には航空事業の発展に対して、フランス政府からレジオン・ドヌール勲章が贈られた。また、大正14年（1925年）10月から昭和22年（1947年）5月まで貴族院議員（帝国学士院会員議員）を3期22年間に亘り務めた。1930年代には高松宮宣仁親王、昭和天皇、伏見宮博恭王などの皇族が相継いで航空研に訪れたことに見られるように、国家からも相当の期待を受けた。また、愛橘は昭和8年（1933年）の御講書始で「航空発達史の概要」を進講している。このような期待の元、和田小六所長の主導により長距離機の製作が計画され、航空研の岩本周平が設計し木村秀政によって製作された航研機は、昭和13年（1938年）に航続距離記録の世界記録を樹立した。その後も航空研は陸軍戦略爆撃機キ-74の基となったA-26長距離機、研三機、航二（ロ式B型試作高高度研究機）などの試作に関わった。昭和19年（1944年）1月には「日本航空発達への貢献」に対して、昭和18年（1943年）度の朝日賞が愛橘に授賞され、4月には「地球物理学及び航空学」の功績により文化勲章が授章された。第二次世界大戦後、連合国軍最高司令官総司令部により航空禁止令が発令され、昭和21年（1946年）1月9日に航空研は廃止された。後に日本の独立により「航空に関する学理及びその応用研究を行うことを目的」とした航空研究所が新たに設立されたが、愛橘の没後の昭和33年（1958年）まで時を要した。
元徳川幕府御家人で維新後にイギリス公使館に書記として勤めていた敬之助（後に純（きよし）、号は半渓）の長男として東京高輪の泉岳寺の近くに生まれる。1873年、公使館の麹町移転とともに飯田町をへて麹町元園町に移って育つ。3歳にして父から漢文素読、9歳から漢詩を学び、叔父と公使館留学生からは英語を学んだ。平河小学校（現・千代田区立麹町小学校）卒業後、東京府尋常中学（のちの東京府立一中、現・東京都立日比谷高等学校）に進み、在学中から劇作家を志した。卒業後は第一高等中学（現在での大学）には進学せずに1890年東京日日新聞入社。以来、中央新聞社、絵入日報社などを経て、1913年まで24年間を新聞記者として過ごす。日露戦争では従軍記者として満州にも滞在した。吉原芸妓をしていた宇和島藩士の娘の小島栄を落籍して結婚。記者として狂綺堂の名で劇評や社会探訪記事を書きながら、1891年、東京日日新聞に小説「高松城」を発表。1896年、『歌舞伎新報』に処女戯曲「紫宸殿」を発表。1902年、「金鯱噂高浪（こがねのしゃちうわさのたかなみ）」（岡鬼太郎と合作）が歌舞伎座で上演される。この作品の評価はいまひとつだったようだが、その後、「維新前後」や「修禅寺物語」の成功によって、新歌舞伎を代表する劇作家となり、「綺堂物」といった言葉も生まれた。1913年以降は作家活動に専念、新聞連載の長編や、探偵物、怪奇怪談作品を多数執筆。生涯に196篇の戯曲を残した。1916年には国民新聞、時事新報の2紙に新聞小説を同時に連載（「墨染」「絵絹」）。同年、シャーロック・ホームズに影響を受け、日本最初の岡っ引捕り物小説「半七捕物帳」の執筆を開始、江戸情緒溢れる描写で長く人気を得た。怪奇ものでは、中国志怪小説や英米怪奇小説の翻案や、『世界怪談名作集』、『支那怪奇小説集』などの編訳もある。幼少期からの歌舞伎鑑賞を回想した『ランプの下にて』は明治期歌舞伎の貴重な資料となっている。1918年に欧米を訪問し、作風が変わったとも言われる。1923年9月1日の関東大震災で麹町の自宅・蔵書（日記）を失い、門下の額田六福の家に身を寄せ、その後麻布、翌年百人町に転居。1930年には後進を育てるために月刊誌『舞台』を発刊、監修を務める。1937年には演劇界から初の芸術院会員となる。昭和10年頃からは小説（読物）や随筆は、散発的に『サンデー毎日』誌に書く巷談ぐらいになり、1937年「虎」が最後の読物となるが、戯曲は『舞台』誌で1938年まで発表を続けた。1939年、上目黒の自宅にて気管支炎に肺浸潤を併発して死去。戒名は常楽院綺堂日敬居士。青山墓地に葬られる。没後、元書生で養嗣子の岡本経一が綺堂作品の保存普及を目的として出版社「青蛙房」を創立した。現社長の岡本修一は綺堂の孫にあたる。また、没後に経一の寄付金をもとに戯曲を対象とする文学賞である岡本綺堂賞が創設されたが、日本文学報国会が運営していたため、終戦とともにわずか2回で終了した。