A companhia nasceu depois da Segunda Guerra Mundial com o nome "Aerolinee Italiane Internazionali" (ALII), em setembro de 1946. As suas primeiras rotas foram Roma - Turin e Roma - Catania com a aeronave Fiat G12, fabricada na própria Itália, em maio de 1947.
Em maio de 1948 inaugurou a rota para o Brasil: Roma - Dakar - Natal - Rio de Janeiro - São Paulo - Buenos Aires, com o Douglas DC-6.
Em 1957 comprou a LAI (Linee Aeree Italiane), sua principal concorrente, e adotou o nome Alitalia. A LAI operava praticamente todas as rotas nacionais e ainda voava para outros países da Europa e de outros continentes.
A empresa entrou na era do jato com a vinda dos primeiros Caravelles, em 1960, e logo depois o DC-8-43. Também nesse ano foi criada a SAM (Societá Aerea Mediterranea), uma subsidiária charter e, em 1963, a ATI (Aero Transporti Italiani) para voos nacionais. Porém, depois, todas passaram a operar com o nome Alitalia.
Em 1961 o DC-8-43 passou a ser utilizado na rota para o Brasil, substituído, em 1968, pelo DC-8-62. O maior alcance da aeronave permitiu voos sem escalas entre Roma e o Rio de Janeiro.
Na década de 70 a companhia recebeu o primeiro Boeing 747, lançou um novo logo com as três cores: branco, verde e vermelho e passou a operar somente aeronaves a jato.
Na década de 80 vieram os MD-80 e Airbus A300. Na rota para o Brasil, o DC-8 foi substituído pelo DC-10 na década de 70 e permaneceu na rota até 1982, quando foi substituído pelo Boeing 747.
Em 1993 a empresa passou a operar no Brasil com o MD-11, na rota Roma - Rio de Janeiro - São Paulo, cinco vezes por semana. Em 1995 com o MD-11 foi substituído pelo Boeing 747-200.
Em 1997 foi criada a Alitalia Express, uma subsidiária para voos regionais.
Em janeiro de 1998 a rota para o Brasil foi alterada, dando prioridade para São Paulo, na rota Roma - São Paulo - Rio de Janeiro.
Em 1999 os voos para o Brasil eram feitos com o MD-11 na rota Roma - Rio e com o Boeing 767-300ER na rota Roma - São Paulo.
Em 2001 a Alitalia entrou na SkyTeam (Aliança global entre empresas aéreas).
Em 2003 passou a ligar São Paulo à Milão sem escalas, mas continuava com o voo direto para Roma, duas vezes por semana. 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. Nessa época a companhia passava por uma grave crise financeira e estava a beira da falência. A primeira tentativa de salvar a empresa foi a compra pelo grupo Air France/KLM, mas não deu certo. No começo de 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.
Em janeiro de 2009 administração da Alitalia aceitou a oferta da Air France/KLM de comprar 25% da companhia. Assim foi criada uma nova empresa: a "nova Alitalia". 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 nova companhia resultou da fusão entre os ativos rentáveis da Alitalia e da One Air, a frota foi reduzida para 148 aviões e 12500 empregados. A empresa manteve o nome e o logotipo.
Em 2010 a companhia, já reestruturada, começou a renovar a frota com Airbus A330 e a anunciar novas rotas.
Em junho de 2011 a Alitalia voltou a voar para o Rio de Janeiro, inicialmente com três frequências semanais entre o 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.
No final de 2013 a companhia novamente entrou numa séria crise financeira, mas acabou conseguindo se estabilizar. Pelo menos até 2014, quanto novamente estava à beira da falência. Em junho a Etihad Airways comprou 49% da Alitalia, salvando a empresa mais uma vez. A ideia da Etihad era transformar a Alitalia em uma companhia aérea "5 estrelas", além de expandir a frota e a malha. Em junho de 2015 a companhia apresentou sua nova identidade visual e pintura nas aeronaves para simbolizar a nova fase da empresa. Mesmo assim não foi o suficiente para salvar a empresa. O plano dos acionistas não foi aceito pelos funcionários e a Alitalia pediu concordata em maio de 2017. A empresa então foi colocada à venda. Alguns se interessaram como Lufthansa e Germán Efromovich, mas as negociações não foram adiante. Com a pandemia do COVID-19 o governo decidiu estatizar a Alitalia novamente em 2020. 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.