Kuumailmapallo -konsepti on kiehtonut tutkijoita ja keinottelijoita vuosisatojen ajan käyttämällä syntyvää lämpöä nousevan ilman keräämiseen materiaalikuoren sisään. Kuumailmapallot olivat yksi ensimmäisistä ihmisten luoduista lentotavoista. Vaikka niiden dokumentoitu historia alkaa yleensä vasta 18 -luvulla, jotkut todisteet viittaavat siihen, että ilmapallot ovat olleet ihmisten mielessä tuhansia vuosia.
Kiina vaatii yleensä luottoa siitä, että se käytti tekniikkaa ensimmäisenä. Lämmitetty ilma on kevyempää kuin kylmä ilma, joten jos ilmaan on riittävästi kirjekuorta, laite, johon se on kiinnitetty, nousee. Kolmannella vuosisadalla pieniä miehittämättömiä versioita kuumailmapalloista, nimeltään Kongming -lyhdyt, käytettiin merkinantolaitteina ajan jatkuvien sotilaskampanjoiden aikana. Nämä lyhdyt tulivat myöhemmin perinteisiksi joillakin kiinalaisilla festivaaleilla.
Useat ilmapalloilijat ja historioitsijat ovat väittäneet, että Perun Nazcan intiaanit olisivat voineet käyttää kuumailmapallo -tekniikkaa auttaakseen heitä rakentamaan kuuluisat Nazcan viivapiirustukset. Käyttämällä vain 6. vuosisadan Nazcasin käytettävissä olevaa tekniikkaa kaksi ilmapallontekijää rakensivat valtavan ilmapallon, joka kykenee lentämään. Vaikka ei ole löydetty todisteita siitä, että Nazca -ihmiset lentäisivät ilmapalloilla, testi osoitti, että se oli varmasti mahdollista.
Nykyaikaisen ilmapalloilun historia alkaa Portugalissa vuonna 1783, kun pappi esitteli Portugalin tuomioistuimelle pienen, toimivan ilmapallomallin. Muutamaa kuukautta myöhemmin, syyskuussa 1783, tiedemies Jean-Francois Pilatre de Rozier suoritti ensimmäisen suuren mittakaavan ilmapallotestin käynnistäen todennäköisimmin yllättyneen lampaan, ankan ja kukon lentoon ennen kuin ilmapallo putosi maahan. Samana vuonna veljekset nimeltä Joseph-Michel ja Jacques-Etienne Montgolfier näyttivät ensimmäisen miehitetyn lennon Pariisissa.
Ilmapalloilu nousi nopeasti kilpailulajiksi fanien keskuudessa, ja yritettiin asettaa etäisyys- ja korkeusennätyksiä. Vuonna 1785 Englannin kanaalin yli lennettiin miehitetty ilmapallo, jossa oli Jean Pierre Blanchard ja John Jefferies, yksi ensimmäisistä amerikkalaisista ilmapalloilijoista. Jean-Francois Pilatre de Rozier kuoli myöhemmin samana vuonna samanlaisessa yrityksessä. 7. tammikuuta 1793 Blanchardista tuli myös ensimmäinen, joka käytti kuumailmapalloja Amerikassa.
Sotilasvälineenä kuumailmapalloja käytettiin vakooja -ajoneuvoina Ranskan vallankumouksen aikana Fleuruksen taistelussa. Heitä palkattiin myös 19 -luvun Yhdysvaltain sisällissodan aikana. Siivekoneiden keksimisen jälkeen ilmapallot ovat pudonneet sotilaskäytöstä ja säilyttäneet suosionsa harrastajalajeina.
Blanchardin työn jälkeen modernit ilmapalloilijat ovat asettaneet useita uusia ennätyksiä. Vuonna 1932 tiedemies nimeltä Auguste Piccard lensi kuumailmapallon yli 52,000 kilometrin korkeuteen ensimmäisellä lennollaan, joka saavutti stratosfäärin. Monien epäonnistuneiden yritysten jälkeen Ben Abruzzosta, Maxie Andersonista ja Larry Newmanista tuli ensimmäiset ihmiset, jotka ylittivät Atlantin valtameren ilmapallolla vuonna 15.8. Vuonna 1978 historian pisin ilmapallolento tapahtui Per Lindstrandin ja miljardööri Richard Bransonin ohjaamana ja ylitti 1991 476,710 mailia (7671.91 km).
Kuumailmapallot olivat ensimmäinen ihmisten onnistunut yritys päästä tutun pinnan yläpuolelle. Vaikka myöhemmällä ilmailutekniikalla ei ollut juurikaan tekemistä kuumailmapallojen takana olevan tieteen kanssa, heidän unelmansa lennosta antoi todellisen mahdollisuuden heidän menestyksensä. Ilmapallolennot ovat edelleen ihmeitä, ja jatkuvasti toistuva kuva kauneudesta ja tyyneydestä on kuva kuumailmapalloista, jotka ovat hajallaan täydellisellä taivaalla.