De Koninklijke Luchtvaart Maatschappij werd in 1919 opgericht. Het startkapitaal bedroeg destijds 1,2 miljoen gulden. Luitenant-vlieger Albert Plesman werd administrateur en later directeur. Koningin Wilhelmina verleende de maatschappij het predicaat Koninklijk.

De eerste commerciële vlucht (tussen Londen en Amsterdam) van de KLM werd op 17 mei 1920 uitgevoerd. In die tijd was vliegen iets bijzonders. In heel 1920 vervoerde KLM 345 passagiers en 25.000 kilo post en vracht. Nu gaan er met één vlucht met een Boeing 747 meer dan 400 passagiers en 20.000 kilo vracht mee.

KLM groeide snel. In 1924 vertrok het eerste vliegtuig naar Indonesië, dat toen Nederlands-Indië heette. Na de Tweede Wereldoorlog hervatte KLM zijn lijndiensten en in 1946 begon de onderneming als eerste in Europa met lijndiensten naar de Verenigde Staten.

In 1960 kreeg KLM haar eerste straalvliegtuigen die de toestellen met propellers vervingen. Elf jaar later introduceerde de KLM de Boeing 747 in zijn vloot. Het netwerk werd steeds uitgebreid en omvatte uiteindelijk bestemmingen in alle werelddelen. Ondanks de kleine thuismarkt groeide KLM zo uit tot de vierde maatschappij in Europa.

Voor het binnenlandse luchtverkeer richtte KM in 1966 NLM Cityhopper op. Sinds 1991 vliegt deze dochteronderneming onder de naam KLM Cityhopper. KLM werd steeds dominanter in de Nederlandse luchtvaartsector met deelnemingen in Transavia en Martinair, nu volledige dochters van KLM.

Samenwerking tussen luchtvaartmaatschappijen werd vanaf de jaren 80 steeds essentiëler. Een belangrijk samenwerkingsverband was dat met Northwest Airlines. In 2004 kwam de fusie met Air France en maakt KLM deel uit van de Air France KLM Group.

Air France en KLM vervoeren ruim 77 miljoen passagiers per jaar en beschikken over 573 vliegtuigen. De omzet van Air France-KLM over het boekjaar 2012 was 25.63 miljard euro. KLM en Air France hebben samen ruim 100.000 werknemers.