1933년10월 7일에르오리앙(프랑스어: Air Orient), 아에로포스탈(프랑스어: Compagnie Générale Aéropostale), 트랑스포르 아에리엥(프랑스어: Société Générale de Transport Aérien, SGTA, 프랑스 최초의 운송회사, 1919년에 설립), 에르 위니옹(프랑스어: Air Union), 나비가시옹(프랑스어: Compagnie Internationale de Navigation, CIDNA)가 합병하여 설립되었다.
에어 프랑스는 유럽의 넓은 지역과 북아프리카의 프랑스 식민지 등에 항공기를 운항하였다. 제2차 세계 대전 동안에는 에어 프랑스는 모로코카사블랑카로 본사를 옮겼었다. 영화 카사블랑카에 에어 프랑스가 묘사되었다. 제2차 세계 대전이 끝나고 회사는 국유화되어 국유회사 에어 프랑스(프랑스어: Société Nationale Air France)가 1946년1월 1일 설립되었다.
1948년6월 16일에 의회의 법률에 의하여 국유회사 에어 프랑스(프랑스어: Compagnie Nationale Air France)가 설립되었다. 정부가 신 회사 지분의 70%를 소유하였었고, 2002년 중반 현재에도 여전히 54%를 가지고 있다. 1948년8월 4일 막스 하이만이 사장으로 지명되었다. 13년간 임기 동안 그는 쉬드 아비아시옹 카라벨과 보잉 707 기종에 기반을 둔 현대화 정책을 펼쳤다. 1949년 회사는 국제항공통신공동체(SITA)의 설립자 중 하나였다. 에어 프랑스는 1953년부터 데 하비란드 고멧 1 기종을 잠시 사용했으나 커스 비스카운트로 대체되었다. 1959년에 에어 프랑스는 화려한 두 개의 제트 엔진을 가진 쉬드 아비아시옹 카라벨을 널리 사용하기 시작하였다. 또한 보잉기의 사용도 꾸준했다.
그러나 유럽의 국적 항공사였으므로 1974년부터는 에어버스를 채택하였다. 1976년 에어 프랑스는 파리 시샤를 드 골 공항에서 뉴욕까지 초음속 여객기인 콩코드 SST를 운항하기 시작하였다. 이 여객기는 파리에서 뉴욕까지 3시간 20분이 소요되었는데 이는 음속의 2배에 해당하는 속도였다. 1990년1월 12일 프랑스 정부가 운영하던 모든 항공사들이 에어 프랑스 그룹으로 합병되었다.
새 지주회사 그룹 에어 프랑스는 1994년7월 25일의 법률에 의하여 설립되고 1994년9월 1일 업무를 개시하였다. 이 회사는 에어 프랑스와 에어 인터(에어 프랑스 유럽으로 명칭 변경)의 대주주가 되었다. 1997년에 에어 프랑스 유럽은 에어 프랑스에 완전히 흡수되었다. 1999년2월 10일 프랑스 정부는 에어 프랑스를 파리 주식 시장에서 일부를 민영화하였다. 에어 프랑스는 2000년6월에 설립된 스카이팀의 설립 멤버이다.
2003년9월 30일 에어 프랑스와 네덜란드에 기반을 둔 KLM과 합병하여 새로운 회사인 에어 프랑스-KLM으로 태어난다고 발표하였다. 합병은 2004년5월 5일에 이루어졌다. 전 에어 프랑스의 주주들은 새 회사의 지분 81%(프랑스 정부가 44%, 다른 민간 주주가 37%)을 가지고 전 KLM이 나머지를 가지고 있다.
프랑스 정부의 지분은 전 에어 프랑스의 54.4%에서 에어 프랑스-KLM의 44%로 줄어서 에어 프랑스의 민영화에 영향을 주었다. 2004년12월 프랑스 정부는 보유지분 중 18.4%를 매각하여 이제 지분이 20% 아래로 떨어졌다.
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