L'aérostation est née à la fin du XVIIIe siècle. Les frères Montgolfier ont imaginé les aérostats à air chaud dès 1782. La première ascension libre en montgolfière est réalisée en 1783 par Pilâtre de Rosier et le marquis d'Arlandes. La technique aérostatique quant à elle est développée par le physicien Charles qui substitua l'hydrogène à l'air chaud, construisit une enveloppe imperméable à base de soie et créa notamment une soupape permettant de contrôler la vitesse ascensionnelle.

Quelques ascensions mémorables sont réalisées à la fin du XVIIIe siècle: la Manche est franchie de Douvres à Calais en 1785. Le XIXe siècle voit le développement des ascensions scientifiques. Le but est alors de monter le plus haut possible afin d'effectuer des prélèvements d'air en vue de les analyser. En juin 1802, une ascension est effectuée par Humboldt et Bompland; ils firent de nombreuses observations sur la température et la pression barométrique. Un débat a lieu dans ces années au sujet de l'action magnétique du globe qui irait en décroissant au fil de l'altitude. Cette hypothèse sera infirmée par la suite.

Les ballons ont aussi rapidement été utilisés dans le cadre de fêtes. Un ballon est lancé par exemple le jour du sacre de Napoléon 1er avant de s'abattre le lendemain à proximité de Rome.

Le milieu du XIXe siècle voit de nombreuses ascensions réalisées. En 1836, l'aéronaute anglais Green réalise la première traversée de grande longueur (800 km entre l'Angleterre et le duché de Nassau. Les ascensions scientifiques se poursuivent à des altitudes toujours plus élevées. Dès 1859, Nadar s'était initié à l'aérostation et avait tenté de prendre des photographies en vue de levées topographiques; ses résultats restèrent cependant décevants.

A l'occasion de l'exposition universelle de 1867, un aérostat captif à vapeur est réalisé; il pouvait emporter une vingtaine de personnes. Cette expérience est renouvelée pour l'exposition de 1878.

La fin du XIXe siècle est marquée par l'envoi de ballons-sondes à des altitudes très élevées toujours dans le but de prélever des échantillons d'air. Cette idée datait de la fin du XVIIIe siècle mais ne fut réalisée qu'à partir de 1892.

L'exposition universelle de 1900 voit l'organisation de nombreux concours de ballons. Plusieurs exercices sont réalisés; il s'agissait d'abord de franchir la plus grande distance possible en un minimum de temps. Ensuite, des épreuves d'altitude sont organisées; les meilleurs concurrents s'élèvent jusqu'à plus de 8000 m, munis de réserves d'oxygène. Enfin, des épreuves d'atterrissage sont proposées; il s'agit alors de se poser au plus près d'un point précis.