飛機在軍事上的最初應用是進行偵察。1910年6月9日，法國陸軍的瑪爾科奈大尉和弗坎中尉駕駛著壹架亨利?法爾曼雙翼機進行了世界上第壹次試驗性的偵察飛行。這架飛機本是單座飛機，由弗坎中尉鉆到駕駛座和發動機之間，手拿照相機對地面的道路、鐵路、城鎮和農田進行了拍照。可以說從這壹天起，最早的偵察機誕生了。
第壹次的偵察飛行發生在1910年10月爆發的意大利——土耳其戰爭中。10月23日，意大利皮亞查上尉駕駛壹架法國制造的布萊裏奧X1型飛機從利比亞的黎波裏基地起飛，對土耳其軍隊的陣地進行了肉眼和照相偵察。此後，意軍又進行多次偵察飛行，並根據結果編繪了照片地圖冊。
第壹次世界大戰爆發後，歐洲各交戰國都很重視偵察機的應用。在大戰的初期，德軍進攻處於優勢，直插巴黎。1914年9月3日，法軍的壹架偵察機發現德軍的右翼缺少掩護，於是法國根據飛行偵察的情報，趁機反擊，發動了意義重大的馬恩河戰役，終於遏止了德軍的攻勢，扭轉了戰局。
第二次世界大戰中，偵察機應用得更廣泛，出現了可進行垂直照相及傾斜照相的高空航空照相機和雷達偵察設備，大戰末期還出現了電子偵察機。
20世紀50年代，偵察機的飛行性能顯著提高，飛行速度超過音速，機載偵察設備也有很大改進。拍攝目標後幾十秒鐘就能印出照片，並可用無線電傳真傳送到地面。還出現了壹些專門研制的偵察機，如美國的U-2偵察機。60年代研制出3倍音速的戰略偵察機，如美國的SR-71偵察機，其最大飛行速度超過M3.0，實用升限達25千米左右，照相偵察壹小時的拍攝範圍可達15萬平方千米。80年代初，有的國家就開始著手研制飛行速度為M5.0左右、升限超過3萬米的高空高速偵察機。
無人駕駛偵察機將得到更廣泛的應用。
偵察衛星的出現，取代了相當壹部分偵察機的作用。另外由於防空導彈的發展，使偵察機深入敵方的飛行變得日益危險。但偵察機仍得到繼續發展。目前有人駕駛偵察機主要執行在敵方防空火力圈之外的電子偵察任務，大部分深入敵方空域的偵察任務由無人駕駛偵察機來執行。偵察機的“隱身”技術正在得到應用和發展，以提高偵察機的生存能力。