과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하의 정부출연연구원이다. 항공우주과학기술영역의 새로운 탐구, 기술선도, 개발 및 보급을 통하여 국민경제의 건전한 발전과 국민생활의 향상에 기여하는 것이 설립목적이다.
1989년 10월 한국기계연구소 항공기계실과 천문우주과학연구소의 우주공학실이 통합되어 한국기계연구소 부설 항공우주연구소가 설립되었다. 1992년 산업자원부 「항공우주산업개발촉진법」에 의한 성능품질검사 전문기관에 지정되었으며, 1996년 11월 재단법인 한국항공우주연구소로 독립했다. 2001년 한국항공우주연구원으로 개칭했으며, 2008년 교육과학기술부 기초기술연구회 산하로 편입되었고, 2014년 국가과학기술연구회 산하로 소속이 변경되었다. 2016년 12월에는 국가 우주개발전문기관으로 선정되었다.
연구원의 주요 기능은 ①항공기·인공위성·우주발사체의 종합시스템 및 핵심기술 연구개발 ②국가항공우주개발 정책수립 지원, 항공우주 기술정보의 유통 및 보급·확산 ③시험평가시설의 산·학·연 공동 활용, 중소·중견기업 등 관련 산업계 협력·지원 및 기술사업화 ④정부, 민간, 법인, 단체 등과 연구개발협력 및 기술용역 수탁·위탁, 주요 임무 분야의 전문인력 양성 등이다.
대표적인 연구성과로 항공분야에서는 Experimental 경비행기(까치호), 쌍발 복합재료 항공기, 선미익 소형항공기(반디호), 93 EXPO 지상관측용 무인비행선, 소형 장기체공형 무인기 핵심기술 개발(두루미), 고속-수직 이착륙 무인기, 고고도 장기체공 무인기(EAV), 유·무인 혼용항공기(OPV), 틸트덕트 무인기, 저고도 무인비행장치 교통관리시스템(UTM), 쿼드틸트프롭 무인기(QTP-UAV) 등을 개발했다. 발사체 분야에서는 과학로켓 KSR-Ⅰ, KSR-Ⅱ, KSR-Ⅲ 발사, 한국 최초 우주발사체인 나로호 발사, 한국형발사체(누리호)의 주엔진인 75톤급 액체엔진 성능을 실제 비행을 통해 확인하기 위한 시험발사체 발사 등이 있다. 위성분야에서는 다목적실용위성(아리랑) 1호, 2호, 3호, 5호, 3A호와 통신해양기상위성(천리안) 1호, 정지궤도복합위성(천리안) 2A호와 2B호 발사에 성공 했다.
2019년 2월 기준, 총 인원은 1,034명이며, 연구직은 720명, 행정직은 88명, 기술직은 92명, 기능직은 95명, 임원은 2명이다. 3소 3본부 2센터 3단 3부로 구성되어 있다.
연구원은 국가항공우주기술 중심 연구기관으로 설립된 이래 다목적실용위성 개발을 비롯하여 나로우주센터 건립, 한국형헬기사업, 스마트무인기사업 등을 통해 우리나라 항공우주기술의 발전을 이끌어왔다.