История ВИАМ как самостоятельного предприятия началась с Приказа наркома тяжелой промышленности Г.К. Орджоникидзе от 28 июня 1932 года. Перед специалистами института были поставлены задачи исключительно широкого диапазона, не только материаловедческие, но и технологические, металлургические, химические. На основе фундаментальных и прикладных исследований в институте создавались и осваивались в промышленности новые и перспективные материалы. Предметом изучения и разработки становились практически все типы материалов, используемых в промышленности, сырьевые базы, технологические процессы по производству и применению материалов. На сотрудников института возлагалась не только разработка всей нормативной документации, но и ответственность за качество материалов.
Специалисты ВИАМ занимались созданием передовых для своего времени материалов – тканей, лаков и красок, необходимых для улучшения аэродинамики машин, специальных резин для бензопроводов, маслопроводов. Были начаты работы по созданию особых марок высокопрочных сталей и жаропрочных сплавов, заложены теоретические основы и созданы практические методы защиты от коррозии самолетов, двигателей, агрегатов и приборов.
Многие проекты института, задавшие основной вектор развития его деятельности и определившие ключевые задачи ОПК, берут начало еще с довоенных лет. В предвоенные годы созданы основы теории многоэлектродной структурной коррозии металлов (1933–1950 гг.), прочности и надежности металлических сплавов (1937–1950 гг.). В тот же период (1937 г.) в ВИАМ организована лаборатория авиационной брони, имевшей решающее значение для советской авиации в период Великой Отечественной войны. Благодаря этому разработаны высокопроизводительная технология комбинированной сварки элементов конструкции самолетов Ил-2 и Як-7 из закаленной стали; "прозрачная броня" для самолетов Ил-2, Як-1, Як-9, Ла-5, Ла-7, при создании которой впервые была выдвинута и реализована идея композиционной брони. Эти и другие выдающиеся достижения ВИАМ не только были высоко оценены руководством страны (институт в 1945 году награжден высшей государственной наградой СССР – Орденом Ленина), но и стали основой многих перспективных разработок в послевоенное время.
Каждое последующее поколение авиационной техники требовало от института создания новых материалов и технологий их переработки, иногда уникальных. Благодаря активной поддержке Министерства авиационной промышленности новые разработки оперативно получали разрешение на практическое использование, обеспечивалось их эффективное внедрение и освоение в серийных производствах. Все это способствовало стремительным темпам развития института, влияя в целом на динамику всей отрасли.
В 1950–1970-е гг. в ВИАМ разработаны первые бериллиевые сплавы, освоены технологии плавки и литья сплавов, разработан комплекс полиэтилсилоксановых жидкостей для авиационных двигателей, созданы высокопрочные коррозионностойкие свариваемые стали для "стального" истребителя МиГ-25, специальные кислотостойкие стали.
Используя свой большой научный потенциал и богатую исследовательскую практику, институт принял участие в атомном проекте. Был разработан специальный сплав циркония с ниобием для тепловыделяющих элементов атомных реакторов (ТВЭЛ). Предложены конструкции и технологии производства ТВЭЛ для атомного реактора двигательной установки атомного ледокола "Ленин" и первого промышленного атомного реактора Нововоронежской АЭС. Созданы алюминиевый деформируемый сплав для высоконагруженных конструкций и полимерные композиционные материалы для комбинированной оболочки центрифуг с увеличенной производительностью для получения ядерного топлива.
Разработки ВИАМ позволили советским специалистам в области космической техники в предельно сжатые сроки создать ракету-носитель Р-7 с двигателями РД-107 и РД-108, спускаемый космический аппарат "Восток", а далее – орбитальные станции "Салют", "Алмаз" и "Мир", межпланетные космические станции и спутники серий "Космос", "Молния" и "Метеор".
В производстве ракетной и космической техники нашли применение созданные в институте сплавы на основе тугоплавких металлов, технологии производства и защитные покрытия. Эти достижения также высоко были оценены руководством страны: в 1982 году ВИАМ награжден орденом Октябрьской Революции.
Большим шагом вперед в развитии отечественного производства авиадвигателей стала разработанная в ВИАМ технология поверхностного модифицирования сплавов при литье лопаток ГТД методом добавления в керамическую форму синтезированного (впервые) алюмината кобальта. Введение этой добавки позволило получить отливки лопатки ГТД с однородной мелкозернистой макроструктурой. Впервые этот метод был освоен на Московском моторостроительном заводе "Салют", затем по инициативе академика А.М. Люльки – на возглавляемом им ОКБ "Сатурн".
Создание первого отечественного титанового сплава, разработка основ технологии плавки, литья и термомеханической обработки полуфабрикатов из титановых сплавов для применения в объектах авиационной и космической техники явились значимым вкладом ВИАМ в развитие ОПК и укрепление обороноспособности СССР. Коллективом института решены важные задачи по созданию жаропрочных литейных магниевых сплавов для деталей ГТД, разработке высокопрочных и коррозионностойких сплавов для авиаколес и нагруженных деталей самолетов и вертолетов, эксплуатирующихся во всеклиматических условиях, новых теплозащитных покрытий для изделий ракетной техники.
Многолетний опыт исследований по самому широкому спектру направлений в области разработки и внедрения защитных покрытий стали основанием для определения ВИАМ координирующей организации СССР в этой сфере (1970-е гг.). В общей сложности разработанные институтом покрытия и технологии были внедрены в производство на 120 заводах в 23 отраслях промышленности СССР.
Бурное развитие науки и техники, появление новых форм и методов производства поставили перед учеными ВИАМ новые материаловедческие задачи. Так, в составе Научного совета АН СССР по конструкционным материалам, работой которого руководил выдающийся ученый-материаловед, академик РАН С.Т. Кишкин, была образована секция "Композиционные материалы".
Наиболее активно новые полимерные композиционные материалы в изделия своего конструкторского бюро внедрял авиаконструктор О.К. Антонов. Впоследствии этот класс конструкционных материалов прочно занял свое место в изделиях практически всех ведущих авиационных КБ страны.
Особое значение разработки ВИАМ приобрели при реализации важнейших космических проектов. Например, для выхода экипажа корабля в открытый космос требовалось снабдить скафандры оптически прозрачными светофильтрами, одновременно защищавшими глаза от жесткого солнечного излучения. В короткие сроки специалисты ВИАМ разработали и изготовили более ста светофильтров для скафандров "Ястреб", "Орлан-Д". Благодаря этому была обеспечена возможность работы в условиях открытого космоса для космонавтов А.А. Леонова, Е.В. Хрунова, А.С. Елисеева, Г.М. Гречко, В.В. Рюмина и др.
Результатом научно-производственной деятельности коллектива института по направлению "Конструкционные композиционные материалы" стала разработка более 300 марок материалов, которые в сотрудничестве с конструкторскими бюро авиационной отрасли, институтами РАН, ЦАГИ, ЦИАМ, НИАТ, ОНПП "Технология" и другими предприятиями были внедрены в конструкцию самолетов различных семейств: Ан-70, Ан-124, Ан-225, МиГ-29, Су-27 и их модификаций, Бе-200, Ил-96-300, Ту-204, Су-26, Су-31М и др.; вертолетов: Ка-26, Ка-60, Ми-26, Ми-38 и др.; газотурбинных двигателей: Д18, Д36, ПС-90А, ПС-90А2.
Одной из самых ярких страниц истории ВИАМ стало активное участие в проекте МКС "Энергия–Буран". Эта грандиозная программа, в реализации которой приняли участие 1206 предприятий практически всех отраслей промышленности СССР, стала определяющей вехой в развитии советской космонавтики и произвела фурор в мировом сообществе. Особая роль отводилась ученым ВИАМ, внесшим определяющий вклад в разработку теплозащиты космического корабля "Буран". В начале февраля 1976 года вышло Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР о разработке многоразовой авиационно-космической системы. Решением министра авиационной промышленности П.В. Дементьева на ВИАМ была возложена роль координатора проекта по созданию комплекса теплозащитных материалов для космического орбитального корабля. Данное решение было обусловлено тем, что по количеству разработанных марок отечественных авиакосмических материалов институт был лидером в стране. В связи с этим на него была возложена огромная ответственность: предстояло создать принципиально новые теплозащитные материалы многоразового использования.
По разработанной специалистами программе теплозащиту орбитального корабля предполагалось выполнить из отдельных элементов – плиток, состоящих из особо чистых кварцевых волокон с наружным стекловидным покрытием, которые крепились к обшивке через демпфирующую фетровую подложку, приклеиваемую к плитке сверхпрочным эластичным клеем. Все слои должны были выдерживать критические перепады температур и напряжений, не поглощать влагу. И специалисты института справились с этой задачей.
Специалистами ВИАМ создано 39 принципиально новых материалов и 230 технологий, в первую очередь вся номенклатура теплозащитных материалов, значительно превосходивших зарубежные аналоги по своим характеристикам. Были созданы легкая керамическая плитка из материала ТЗМК-10, демпфирующая подложка АТМ-15, гибкая теплозащита АТМ-19, покрывающая основную поверхность корабля; клеи-герметики для крепления теплозащиты.
В XXI веке основополагающей для научно-исследовательской деятельности института стала программа "Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года". В данном документе, разработанном ВИАМ при участии РАН, государственных научных центров, вузов и одобренном многими министерствами и ведомствами, а в дальнейшем утвержденном Научно-техническим советом Военно-промышленной комиссии РФ, был проанализирован отечественный и мировой опыт научно-исследовательских работ по созданию материалов и технологий нового поколения, обобщена практика применения и спрогнозированы перспективы их производства во всех отраслях нашей экономики. Сформулированы также принципы создания и последующей переработки материалов нового поколения.
За большой вклад в развитие авиационной промышленности и оборонно-промышленного комплекса страны коллективу ВИАМ четырежды объявлялась Благодарность Президента Российской Федерации (2002, 2007, 2012, 2017 гг.).
С 2021 года Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов работает в составе Национального исследовательского центра "Курчатовский институт".