北京航空材料研究所是中國航空工業最先籌建的第一批科研機構，按中蘇協議，被列為「一五計劃」蘇聯援建的156項重點建設項目之一。1961年6月完成移交國防部第六研究院，作為航空材料研究的總冶金師單位，代號為六院第六研究所。所址在北京，又是航空工業的基礎技術研究單位，中央領導關注多，支撐六院活動多，與九所一左一右，可謂「六院的左膀右臂」。
上世紀五十年代，鑑於航空產品試製生產中原材料方面的技術問題較多，1955年4月，航空工業局就決定先籌建航空材料研究所， 5月定名第二機械工業部第六研究所。1956年初任命魏祖冶為主任（所長），馬全生任副主任兼黨總支書記（後來劉子英為政委），韓彬、榮科任副主任主管技術工作，陳克為副政委。1955年7～9蘇聯材料專家陸續來華協助籌建。1956年5月26日，在北京西城區東黃城根下的北京工業學院舊址舉行成立大會，1957年春在北京西郊冷泉村兵器工業綜合研究所（二機部四所）原址建所。
（二機部六所首任主任魏祖冶）
解放初，冷泉村附近是一塊雜草叢生，野獸出沒的亂墳崗子。1951年，為建設我國國防工業，一支建設大軍在這裡安營紮寨，開始了常規武器研究所（重工業部第四研究所）的建設，到1956年這裡已建成可容納1400餘人，擁有國防工業一流各種設備及生活設施齊全的常規武器科研基地。為了國防事業的發展，航空材料科研的需要，二機部黨組決定將四所撤銷，將四所科研人員和其他各類人員分散調整到各有關研究所，加強他們的力量。同時將四所的科技幹部200人，技術工人200人，設備200多臺（件）留給六所，又從其他所的相關專業向六所補充了一批缺項的專業人員。到1957年10月，全所職工已達742人，其中工程師32人，技術員224人，助理技術員163人，在機構確立、專業設置、幹部配備等方面，已有了不俗的起點，為今後航空材料科研的發展創造了良好條件。
（政委劉子英右一）、所長魏祖冶（右二）等與蘇聯專家合影）
1960年底按照軍委文件通知，六所劃歸國防部第六研究院（航空研究院）建制。
（周恩來總理籤發的魏祖冶任命書）
六所的主要任務是研究航空工業使用的國產金屬、非金屬材料的性能、生產和檢驗方法；研究我國氣候條件對航空材料質量的影響及金屬材料熱加工工藝。集中了一批國內知名的專家，如顏鳴皋、榮科、範棠、沈嗣唐等，以後自己又培養曹春曉院士、趙振業院士、陳祥寶院士等一批專家，技術實力雄厚。曾試製成功當時我國飛機製造所需絕大部分變形鋁合金，掌握製造航空發動機的耐熱合金鋼、鎳鉻合金結構鋼和渦輪盤等高溫材料的加工工藝，進行了大量國產材料的復驗工作。
（原六所技術副所長、六院副總工程師、材料專家榮科）
中蘇關係的惡化，蘇聯有意不執行航空零配件供貨合同的情況日趨嚴重。中央決定在全國範圍內組織力量，全面解決航空材料和成件立足國內供應問題。
（1962年09月05日聶榮臻元帥視察航材院，提出航空材料研究要走在設計和生產的前面攝）
1963年，由六所牽頭，組成了全國性的航空材料專業組，跨系統、跨行業集中了各方面的知名專家20餘人，由中國科學院金屬研究所所長李燻任組長，鋼鐵研究院、化工部、北航和六所所長魏祖冶及副所長榮科等一批專家任副組長，負責研究制訂《航空材料科學研究十年規劃》，組織預先研究，促進科研成果的應用，解決新機試製、生產中提出的材料問題。為了試製殲6等機種用的8種高溫合金，冶金部在撫順、齊齊哈爾、大冶、上海和重慶鋼廠建立了真空冶煉爐和電渣重熔爐，加緊了甘肅鎳礦的建設，改造了負責金屬鎳元素提純的上海冶煉廠，以解決鎳的供應；為攻克技術難關，由冶金部鋼鐵司司長劉伯羅掛帥，組成由鋼鐵研究院、三機部四局的領導和六所所長魏祖冶參與的試製協調小組，集中了鋼廠和科研單位、航空發動機製造廠的專家，經過4年多艱苦努力，於1965年把8種高溫合金全部試製成功。
(原六所技術副所長、中國科學院院士、材料學家顏鳴皋)
經過全國協作攻關，到1965年，殲6和直5兩個機型成批生產所需的原材料已全部可在國內解決。建立起門類比較齊全的航空材料科研和生產基地，基本具備了獨立研究和發展新飛機所需航空材料的能力，不僅適應了在產機種的需要，也為隨後投入成批生產的殲7、轟6以至殲8等新機的發展打下了堅實基礎，同時還為飛彈工業所需原材料的解決創造了重要條件。80年代，六所為殲8Ⅱ研製的鈦合金5項大型摸鍛件和20項自由鍛件達到了減重效用。在複合材料應用上，向全面型號應用技術推進。
（六院六所舊大門）
1965年第一次「部院合併」，該所代號為三機部第六研究所。1968年歸屬空軍後，番號為解放軍第621研究所，1973年第二次「部院合併」後代號為三機部第621研究所。1996年5月，中航總決定將北京航空材料研究所改名為北京航空材料研究院。2016年5月，根據國家航空工業體制調整，北京航空材料研究院（621所）劃歸新成立的中國航空發動機有限責任公司管理。
目前，北京航空材料研究院是國內唯一面向航空，從事航空先進材料應用基礎研究、材料研製與應用技術研究和工程化研究的綜合性科研機構，是國防科技工業領域高水平材料研究發展中心，是國家科技創新體系和國防科技創新體系的重要組成部分，是國務院最早批准具有多學科碩博士授予權的科研單位，培養產生了4名院士，產生了2500多項科研成果和千餘項專利。現擁有17個領域60多個專業，覆蓋金屬材料、非金屬材料、複合材料，材料製備與工藝，材料性能檢測、表徵與評價，提供標準化、失效分析和材料資料庫等行業服務；擁有7個國家級和10個省部級實驗室及中心，具有完整的材料、工藝、檢測技術體系，致力於先進材料技術的研發和為客戶提供一體化材料解決方案。
（北京航空材料研究院新大門和新辦公大樓）