O inicio da aviação comercial na Itália remonta a 1911, com os primeiros voos para o transporte de correio aéreo. A Primeira Guerra Mundial, entre 1914 e 1918, fez com que o foco estive na aviação militar. Porém, após a guerra, as primeiras companhias aéreas começaram a surgir, assim como o inicio do transporte comercial de passageiros. Porém elas tiveram que esperar o estabelecimento da lei para obter subsídios estatais. Mesmo empresa que já haviam sido criadas, como a Società Italiana Servizi Aerei (SISA), fundada em 1922, tiveram que esperar até o dia 31 de janeiro de 1926, quando a lei finalmente entrou em vigor. A SISA foi a primeira companhia italiana a operar um voo regular, no dia 1º de abril de 1926, na rota Trieste - Veneza - Pavia - Turim. A frota inicial da empresa era composta por quatro hidroaviões CANT 10.
Com a ascensão do regime liderado por Benito Mussolini, governo passou a investir no setor como parte de sua política de modernização e propaganda. O governo então começou a integrar várias companhias aéreas privadas, levando a criação de uma grande companhia aérea estatal, a Ala Littoria, fundada em 1934. A empresa nasceu com um grande malha de voos domésticos, voos internacionais na Europa e a "Linea dell'Impero" para a África. Em 1939 sua frota ultrapassou cem aeronaves. A rota para a América do Sul ficou a cargo de outra companhia aérea, a LATI.
A Segunda Guerra Mundial trouxe novamente mudanças para o setor. As aeronaves civis foram requisitadas pelo governo para uso militar e a aviação comercial italiana praticamente deixou de existir. A Ala Littoria continuou operando, porém apenas para missões militares. A queda de Mussolini e o subsequente caos político e econômico impediu qualquer tentativa de manter operações comerciais regulares, colocando um ponto final na Ala Littoria. Após o fim da guerra, a Itália começou a reconstruir o seu setor de aviação comercial.

Em 16 de setembro de 1946 foi fundada a Aerolinee Internazionali Italiane (ALII), tendo como acionistas o governo italiano e a BOAC. O voo inaugural aconteceu no dia 5 de maio de 1947, na rota Torino - Roma - Catânia, operada pelo trimotor Fiat G-12. No dia 6 de julho ocorreu o primeiro voo internacional, na rota Roma - Oslo, operada pelo Savoia Marchetti SM-95. Em seguida a malha na Europa foi ampliada com voos para Paris, Londres, Nice e Genebra. Em seu primeiro ano de operação, a frota atingiu 11 aeronaves.
Em maio de 1948 foi inaugurada a primeira rota intercontinental, Roma - Dakar - Natal - Rio de Janeiro - São Paulo - Buenos Aires, operada pelo Lancastrian.
Em dezembro de 1949 a frota foi renovada com o recebimento de quatro Douglas DC-4. As aeronaves foram as responsáveis por introduzir as "aeromoças", com uniformes desenhados pela grife Sorelle Fontana.
Em 31 de outubro de 1957 a ALII se fundiu com a Linee Aeree Italiane (LAI), passando a adotar o nome Alitalia. A LAI foi fundada em setembro de 1946, tendo como acionistas a TWA e o governo italiano. As operações começaram em abril de 1947, na rota Roma - Cagliari - Milão - Palermo - Catania, com aeronaves Douglas DC-3. Em julho de 1950 lançou voos para os EUA, na rota Roma - Nova York, operada pelo DC-6. A frota de curto/médio alcance foi renovada com aeronaves Convair 240, em 1953, e Vickers Viscount, em 1957. A fusão das duas empresas estava alinhada com a visão do governo italiano de criar uma companhia aérea local forte. Após a fusão a frota combinada alcançou 37 aeronaves.
Em 1960 a Alitalia entrou na era do jato com a chegada dos primeiros Caravelle e Douglas DC-8-43. O DC-8-43 passou a ser utilizado na rota para o Brasil em 1961, sendo substituído, em 1968, pelo DC-8-62. O maior alcance da aeronave permitiu voos sem escalas entre Roma e o Rio de Janeiro. Em 1960 também foi criada a SAM (Societá Aerea Mediterranea), uma subsidiária charter e, em 1963, a ATI (Aero Transporti Italiani) para voos nacionais. A SAM encerrou operações em 1981 e a ATI foi absorvida pela Alitalia em outubro de 1994.
Em 1970 a companhia recebeu o primeiro wide-body Boeing 747, que entrou em serviço na rota Roma - Nova York. No mesmo ano foi lançado um novo logo. A flecha alada foi substituída pela letra A com as cores branco, verde e vermelho. Nessa altura a frota era composta apenas por jatos.
Em 1973 chegaram os primeiros DC-10 e foi inaugurada a rota Roma - Tokyo. O DC-10 assumiu a rota para o Brasil em 1975, onde permaneceu operando até 1982, quando foi substituído pelo Boeing 747.
Em 1980 chegou o primeiro Airbus, o A300. Em 1984 a Alitalia começou a receber os MD-80, que se tornaram a principal aeronave para curta e média distância pelos próximos 20 anos.
Em dezembro de 1991 chegou o primeiro MD-11. A aeronave passou a operar na rota Roma - Rio de Janeiro - São Paulo, cinco vezes por semana, em 1993.
Em 1997 foi criada a Alitalia Express, uma subsidiária para voos regionais.
Em 1998 foi inaugurado o novo hub em Milão. Já a rota para o Brasil foi alterada, dando prioridade para São Paulo, que passou a ser Roma - São Paulo - Rio de Janeiro. Em 1999 a rota foi dividida em duas: Roma - Rio, com o MD-11, e Roma - São Paulo, com o Boeing 767-300ER.
Em 2001 a Alitalia entrou na SkyTeam (Aliança global entre empresas aéreas).
Em 2003 foi inaugurada a rota Milão - São Paulo sem escalas, que se somou ao voo direto para Roma. No dia 2 de novembro o 767 foi substituído pelo Boeing 777-200 e os voos passaram a ser somente entre Milão e São Paulo. As frequentes alterações na rota para o Brasil evidenciava os problemas financeiros que a Alitalia vinha enfrentando desde década de 1990. A liberalização do setor aéreo na União Europeia fez com que a Alitalia passasse a sobre maior concorrência, principalmente das low cost, low fare como a EasyJet. A empresa começou a registrar prejuízos recorrentes e o governo italiano frequentemente precisava intervir para cobrir déficits. Em 1993 começaram as primeiras tentativas de privatizar a Alitalia, com a Air France e depois com a KLM. No entanto fortes protestos sindicais atrasaram as negociações. A companhia entrou na década de 2000 com uma situação financeira grave.
Em 2008 a Alitalia pediu ao Tribunal de Roma autorização para declarar estado de insolvência e assim receber uma administração extraordinária para sair da crise, uma espécie de Recuperação Judicial. O governo italiano interveio para evitar a falência, criando a CAI (Compagnia Aerea Italiana). A nova empresa assumiu os ativos da Alitalia e da One Air, enquanto os passivos foram deixados com a "velha Alitalia."
Em janeiro de 2009 administração da nova Alitalia aceitou a oferta da Air France/KLM de comprar 25% da companhia. A "antiga Alitalia" cessou operações em 12 de janeiro de 2009 às 22h. Sete horas depois a "nova Alitalia" fez o seu primeiro voo: Roma - Londres. A frota foi reduzida, assim como o número de destinos operados e o número de funcionários.
Em 2010 a companhia, já reestruturada, começou a renovar a frota com Airbus A330 e a anunciar novas rotas. Também foi iniciado um amplo acordo de code-share com a Air France/KLM e Delta.
Em junho de 2011 a Alitalia voltou a voar para o Rio de Janeiro, inicialmente com três frequências semanais entre Rio e Roma com o A330-200.
No dia 17 de dezembro de 2012 aconteceu o último voo com o MD-80 na companhia, na rota Roma-Veneza.
Em 2013 a companhia novamente entrou numa séria crise financeira. Apesar das reformas e cortes realizados, os problemas estruturais persistiram e a Alitalia continuava a operar com prejuízo. Enquanto o governo italiano pressionava a Air France-KLM para aumentar sua participação na Alitalia ou investir mais na empresa, a Air France-KLM se negava a continuar investindo, citando desafios de gestão interna, greves frequentes e a falta de progresso em reformas estruturais. Essa tensão levou a um desgaste na relação entre as duas companhias e com o governo italiano.
Em junho de 2014 a Etihad Airways comprou 49% da Alitalia, salvando a empresa mais uma vez da falência eminente. Nessa época a Etihad tinha uma estratégia agressiva de expansão internacional, investindo em companhias aéreas de outros países para aumentar sua presença global. A ideia da Etihad era transformar a Alitalia em uma companhia aérea "5 estrelas", melhorando a qualidade dos serviços e produtos, além de expandir a frota e a malha.
Em junho de 2015 a Alitalia apresentou sua nova identidade visual e pintura nas aeronaves para simbolizar a nova fase da empresa. Entretanto a resistência a cortes de custos significativos e as operações ineficientes continuaram a minar o desempenho financeiro da empresa.
Em maio de 2017 o plano dos acionistas não foi aceito pelos funcionários e a Etihad desistiu de continuar investindo na empresa. O governo italiano então assumiu a gestão da Alitalia para evitar uma falência imediata, injetando milhões de euros em empréstimos para manter as operações. A Alitalia pediu concordata e foi colocada à venda. Alguns interessados apareceram como Lufthansa e Germán Efromovich, mas as negociações não avançaram devido à complexidade da situação.
Em 2020, com a pandemia do COVID-19, o governo decidiu estatizar a Alitalia novamente. Após uma longa negociação com a Comissão Europeia, ficou decidido a criação de uma nova companhia aérea e o fim da Alitalia.
Em novembro de 2020 foi fundada a ITA (Italia Trasporto Aereo), a sucessora da Alitalia. Uma empresa totalmente independente, controlada pelo Ministério de Economia e Finanças da Itália.
No dia 14 de outubro de 2021 foi realizado o último voo da Alitalia, o voo AZ1536 partiu de Cagliari com destino a Roma, chegando às 23h30 horário local, encerrando 75 anos de história.