航空業發展之初，對於美國萊特兄弟、巴西阿爾貝託·桑託斯-杜蒙、法國路易·布萊裡奧等航空先驅來說，摸索飛行規律和操縱方法舉步維艱。在前無古人的條件下，他們通常要小心翼翼地駕駛著簡陋的機器，在地面滑跑中嘗試著跳躍離地，通過不斷延長跳躍的距離，直到可以在空中保持一定時間的穩定狀態。
早期的數據統計表明，90%的飛行事故都是因人員操作不當而造成的。因此必須要讓初學者在更為安全的地面環境下掌握到足夠的操作技術後才能單飛。
於是有人利用氣球或吊架把無動力的滑翔機懸吊起來，在迎風狀態下控制翼面保持平衡體驗飛行的感覺。
1910年前後，在英國和義大利開始出現了固定在地面上的飛行訓練器具，其中一種被稱為「桑德斯教師」，是英國軍官阿諾德·桑德斯（Arnold Sanders）把自己設計的飛機機身通過萬向支架安裝在地面基座上。當有風吹來時，機身隨之轉動，機上人員操縱升降舵和方向舵等活動部件，就可以獲得與真實飛行中相似的氣動反應。不過如果沒有足夠強勁穩定的風力，這些「飛機」就只能成為靜止的擺設。
為了擺脫對自然風的依賴，法國安託瓦內特（Antoinett）公司研製出一種靠人力作用的訓練器，在1909年與法國陸軍合作成立了一所飛行學校，為軍方培養飛行員來駕駛他們製造的單翼機。安託瓦內特的訓練器由兩個剖開的空木桶上下疊成，內部是活動的萬向節，外部再裝上支架和槓桿，兩個教員通過槓桿上下左右地晃動支架以模擬氣流的作用，坐在桶身上方的學員就要相應轉動兩邊的操縱輪來克服外力的幹擾，用腳控制「舵面」來調整方向，而前頭豎起的T型杆則是學員保持水平位置的參照物。這個「桶式訓練器」勉強算得上是第一種專門設計的飛行模擬器了，但它不能對學員動作產生準確的反應，因此沒有被廣泛使用。
第一次世界大戰爆發後，飛機很快被投入戰場，對飛行人員的需求也迅速膨脹起來，成批地培養合格的軍事飛行員亟待解決。許多輔助設備被發明出來測試和淘汰掉那些被認為在生理和心理上不符合飛行要求的人員，並強化合格者的身體素質。比如讓蒙著眼睛的受試者坐在搖晃傾斜的機身內，用電子儀器記錄他們的反應時間，還有可做三軸旋轉和垂直運動的定向感覺模擬器等。由於航空醫學理論也剛剛起步，通過這些設備得出的結果並不可靠。
在飛行模擬訓練方面同樣沒有取得突破性的進展，大多將現有裝備加以臨時改裝。法國曾利用截短了機翼的「布萊裡奧」單翼機在地面訓練飛行員，以每小時60多千米的速度進行蛙跳式滑跑和起降，被戲稱為「企鵝」機，可謂「想學會飛，先學會跑」。然而當時飛機的種類和型號繁多，每一種機型都有自己的特性，更增加了訓練的複雜度。雖然還有用雙座教練機進行帶飛的程序，但由於飛機的可靠性較差，缺乏安全措施，訓練手段也不夠完善，導致在一戰期間死於飛行訓練中的人員比在空中作戰行動中陣亡的還要多。除了駕機技術外，各國還普遍使用地面器械訓練飛行人員的其它技能，如在活動的機槍座內射擊固定或移動的標靶，在懸空的座艙下架設傳送帶，鋪上按比例縮小的地形圖，讓乘員在相對運動的狀態下學習尋找導航地標，或是把握對準目標投下炸彈的提前量。
2、二戰時期機電式林克機上世紀廿年代，一戰結束後大量軍用飛機被當作剩餘物資低價拋售，引發了民間的航空熱潮，吸引到許多人去學習飛行。由於飛機的質量和教員的水平參差不齊，飛行中事故率和傷亡率仍居高不下。
1927年，美國人艾德溫·林克Edwin Link用幾年時間在考取飛行駕照。為了提高學習飛行的成效，林克結合學飛過程的經驗，設計出第一臺機械氣動式的飛行練習器(由於模擬水平較低，稱為飛行練習器)，它主要向學員演示操縱機構對模擬飛機姿態的影響，以訓練飛行員的協調駕駛能力。
這臺機器的箱式底座內裝有多個管風琴的風箱和電動氣泵，上面架著粗短的木製機身，並裝上短翼和垂尾，使用者坐在敞開的座艙內，通過操縱杆和腳舵可以控制氣動閥門，讓不同位置的風箱充氣膨脹或排氣收縮，使機身產生俯仰、傾斜和偏航等變化，另一個電動驅動裝置會產生重複和連續的姿態擾動。
林克對設計進行了反覆的測試和調整，在兩年後取得專利，申請專利時，他稱之為「一種有效的航空訓練輔助設備，也是一種新奇有益的娛樂裝置」，可以用於演示飛行中操縱副翼、升降舵和方向舵時對機身姿態的影響，幫助學員熟悉基本操作。不過作為第一種實用型的飛行模擬器，各操縱機構的模擬效果也是互相獨立的，最初的林克機座艙裡沒有安裝儀表，不能體現真實飛行中受到的綜合影響，所以早期的林克機沒有受到專業人士重視，連林克也是把自己的作品主要當成「遊戲機」向遊樂場推銷，甚至加上了投幣口作為玩具出賣。
1930年林克開辦生產企業和飛行學校，利用氣動模擬機以低廉的費用招收飛行愛好者，他意識儀表飛行是大勢所趨，於是著手改進設計，座艙加上不透明的罩蓋，可供盲目操作練習；隨著1920年代末自動控制技術和機電技術的發展運用到航空領域，林克機安裝了機械或氣壓驅動的高度表、空速表、磁羅盤和傾斜指示器等儀表。升級版的林克機仍不受專業人士的重視，參加聖路易斯航空博覽會時就被拒之門外，作為玩具反倒賣出了100多臺。
直到1934年，美國陸軍飛行軍團接管了國內的航空郵政運送業務，但在不良天氣和夜間環境下的飛行中接連發生嚴重事故，人員和財產的損失招致公眾的批評。為了改善飛行安全性，美國軍方特意考察林克的發明，以單價3500美元的價格訂購了6臺林克機以提高飛行員的儀表飛行技能。使用效果得到肯定後，林克公司業務開始一飛沖天，不僅來自國內軍方和民間航空公司的訂單劇增，從此，德國、法國、蘇聯、日本等國陸續購買了林克機。由於粗短的機身通常被漆成明藍色，林克機獲得了「藍盒子」的綽號。
二戰前夕，日趨緊張的國際局勢促使各國加強軍備建設，根據新式飛機裝備需要，林克陸續研製出能夠水平旋轉360度的ModelC/D系列、功能更複雜的ANT-18等改進型模擬機及針對特定機型如AT-6/SNJ教練機的專用模擬機。這些林克機不僅幫助新學員掌握基本技能，學習失速或自旋等緊急處理，也可以讓有經驗的飛行員進一步提高對不同機型的操作水平。
除了模擬飛行駕駛，林克與美國海軍的導航專家菲利普·威姆斯合作在1941年成功研製一種適合轟炸機機組成員訓練使用的天文領航練習器，高度約13.7米，不僅包含標準林克機的所有儀表和設備，也裝有轟炸瞄準器、可活動的地圖、穹頂上的精細天文圖及用於導航校準的常見星辰，並能夠產生相對運動，讓領航員練習測量經度和緯度上的位置變化。此外林克機還有用於自動駕駛、無線電導航、雷達操作、機槍射擊等不同訓練目的的特別改型。
此時改進後的林克機加裝了教員臺，上面有航跡記錄裝置，用塗油墨的輪子在圖板上畫出飛行的軌跡，使教員能夠監視學員的飛行情況，便於進行評價和總結。另外教員和學員都配有話筒和耳機，教員可以指導學員的操作。
同時期，英國中央飛行學校曾將廢舊的Avro 504雙翼機的機身改成雙座練習器，讓學員和教員使用的儀表和操縱機構產生聯動；英國皇家空軍後來還採用由「噴火」戰鬥機的機身改裝的練習器進行空戰訓練，將「哈利法克斯」轟炸機的機身用於訓練整個機組的基本操作和故障處置的能力，除了模擬飛行特性、動力、電氣和液壓系統外還能發出聲響，教員通過教員設置故障並監控學員操作；蘇聯也研製過幾種用小型飛機或教練機改裝的地面模擬系統，不過因資源有限另外引進了100多臺林克機。
綜上，二次站期間飛行練習器取得到了較大發展，由原來林克設計的簡單的機械練習器逐步發展為具有較複雜的機械電氣裝置，並能進行粗略計算的飛行模擬器。
「藍盒子」林克機的應用範圍也不斷擴大，共有大約1萬套林克機在30多個國家培訓了50多萬名新飛行員，節省費用估計達3億美元，不僅用於訓練空軍飛行員，而且在商業和民航飛行訓練中也得到了進一步的使用。直到上世紀70年代初期仍有一些國家的空軍還在使用林克機。
3、電子式訓練模擬器
二戰期間，使用地面模擬器進行飛行訓練既可以確保受訓人員的安全性，也大幅降低了器材、油料和勤務保障等方面費用，還不用擔心天氣和場地的影響，在縮短訓練周期和提高訓練質量上的成效相當顯著，因此在二戰後期引起各國航空部門重視。然而真實地模擬運動中的飛機，不僅要建立飛機氣動特性、飛機系統及外部環境影響的數學模型，還需要能實時求解飛行運動算法，以林克機為代表的早期模擬器雖然可以利用電位器、電動機、測速發電機及旋轉變壓器等電氣元件來進行簡化的數學模型運算從而重現真實飛機的氣動特性，驅動高度表、空速表、磁羅盤和傾斜指示器等儀表，但無法實時計算運動參數、飛行姿態和儀表參數，對實際飛行訓練只是一種輔助手段。
二戰期間，戰爭刺激了電子技術的發展，催生出第一臺採用模擬電路電子計算機，利用電子模擬計算機求解並再現飛機的氣動特性、發動機特性以及機械各系統的特性，產生的驅動信號經過放大器放大後，再驅動電動機帶動執行顯示部件（如模擬儀表的指針或刻度盤）轉動。1941年英國電信研究所設計了一種能解算飛機運動方程的模擬計算機，用在空中截擊雷達練習器上，可模擬雷達引導截擊的過程；美國貝爾實驗室為海軍的PBM-3水上飛機研製作戰飛行訓練器時，將PBM-3前機身及其操縱裝置、儀表等設備和電子計算裝置結合起來；柯蒂斯-萊特公司生產的AT-6教練機練習器也裝有電子自控部件，1948年向泛美航空公司提供了波音377高空客機模擬器。這是專為民用航空公司設計的第一種綜合飛行模擬器，採用與真實飛機一樣的全套座艙設備，訓練機組人員按程序進行飛行操作和故障處理；1949年林克公司成功開發模擬計算機，用於C-l1噴氣式飛機練習器，將飛行程序、發動機控制、無線電導航等系統結合在一起，向美國空軍售出1000多臺。
這些模擬器通過儀表參數反映飛機實時運動狀態，大多採用固定基座形式，既沒有運動系統能模擬出飛機的受力情況，也看不到外部環境的變化，這導致操作者可能產生錯誤的感覺影響到模擬真實性。另外想提高模擬器的精度，勢必要使用更多的模擬電路，但模擬電路增加到一定數量後所帶來的累積誤差又會抵消精度的提高，同時也會縮短整個系統工作時的平均故障間隔時間。
因此在二戰期間科學家開始研究具有邏輯運算能力的數字電路，以提高計算機的處理精度和可靠性，美國海軍與麻省理工學院和賓夕法尼亞大學合作，開展通用數字式作戰飛行訓練器項目的技術研究。
1950年代後基於集成化數字電路的電子計算機日漸成熟，不僅可以快速準確建立飛機特性的數學模型和解算各系統實時參數，還能處理大量數據的輸入/輸出要求，再現飛機氣動及機械受力狀況和姿態變化。在採用電子計算機系統後，模擬器就能根據操作者的輸入信號計算出相關的運動參數，控制機電和液壓裝置相應改變座艙平臺的姿態，使操作者感覺到載荷以及從駕駛杆、腳舵等部件傳來的操縱負載發生變化模擬出接近真實的運動感。
關於視景模擬系統，最早在地面固定座艙下鋪設活動地形圖，早期林克機還配用過繪有景物的環形幕布，但效果既不真實也不精確。
為擺脫模擬器只能用於座艙內部儀表飛行訓練的局限，配合實時運動變化、視景顯示系統成為模擬技術的研究重點。1950年代最早投入應用的是點光源投影法，點光源視景系統是個光源可以運動的幻燈放映系統，光源是個非常小的高亮度燈泡，其立體坐標的位置受飛行員的控制，代表了飛機的位置；圓形玻璃盤上畫有機場的景象，燈泡發出的光線透過玻璃盤投射到環形屏幕之上，使飛行員看到起飛和著陸時的機場景象。
與之相似的電影膠片投影法，用圖像來自事先在真實飛行中拍攝的航線景觀。
此外用攝像機動態拍攝按實景製作的縮微沙盤模型，用攝像機實時拍攝按實景製作的縮微地圖或沙盤，通過閉路電視系統傳送給放置在座艙前面的電視機，使飛行員觀看座艙外的景象。在1950年代電視機都是單色的，雷迪豐公司在1962年率先採用了彩色電視視景模擬系統。
以上三種傳統視覺模擬方法有的圖像表現單一，適應性不強，製作和維護複雜，使用成本較高，而計算機成像技術可存儲大量的景物模塊數據，經過坐標轉換等計算後就能構成與模擬器姿態相符的實時畫面。由於早期計算機的運算和顯示能力不強，實際圖像效果還比較簡單。
4、數字式訓練模擬器
1963年美國林克公司生產了第一臺數字電子計算機式的波音727飛行模擬器。從此，隨著數字電子計算機及微型計算機的飛速發展，使得飛行模擬器的功能大為增強，各種座艙設備的模擬精度大為提高。
在運動系統方面，1965年美國人D.Stewart D.Stewar提出將並聯六自由度機構用作訓練飛機駕駛員的飛行模擬器六自由度運動平臺模型，因而這種由上下平臺和6根驅動杆組成的並聯機構也被稱為「Stewart機構」，由於有剛度比大、高重載能力、響應速度快、模擬精度高、環境適應能力強、模塊化強等優點，很快應用於飛行模擬器。
在視景系統方面，1964年通用電氣公司研製出第一臺計算機成像模擬系統，用於美國載人航天中心訓練太空人，只能提供帶一些紋理的平面透視圖，類似的系統在航空領域也多用於模擬夜間起降場景。隨著軟硬體技術的發展，計算機成像效果不斷增強，在立體環境、複雜物體、活動目標和光影變化等方面取得突破，從簡單的二維平面景象到複雜細緻紋理的三維景象。
同時，光學顯示系統也在更新換代。無論簡單便捷的單個或組合顯示器，還是大視場的球幕投影機，都顯著提高了視覺真實感。1972年，美國一家公司開發一套準直透鏡顯示系統，這套系統大大地改善了飛行員對外界景色的感知，也增強了飛行模擬的真實性。然而，不足之處是每個準直透鏡只能提供28度的視角。1982年，英國雷迪弗森公司又開發出了一套廣角無限顯示設備，該設備採用了橫向大幅度的曲面鏡，其水平視場角可超過180度，大大地提高了視覺真實感。
5、計算機時代全動飛行模擬器1970年代後，以高性能數字計算機為核心的新型模擬器開始進入各航空大國的訓練體制，並形成系列化，其主要作戰飛機和民用客機均配備相應的模擬器。大型模擬器普遍具有完整的座艙設備及其控制系統；視景系統也逐漸從閉路電視方式變成計算機成像方式；運動系統也由三自由度變成六自由度的。此外還可加入音響和煙霧模擬裝置，採用科學的配置方案和自檢措施來保障系統工作的可靠性。整體座艙由靈活的運動平臺支撐，可進行上下、左右、前後、俯仰、傾斜和偏轉等較大行程的六自由度運動，反應靈敏而且精度很高，不僅能反映正常的姿態變化，還能模擬失速振顫和發動機喘振這樣的效果。另外還設有多功能的教員臺，供教員設置初始飛行條件，隨時調整參數和插入故障，並監控和評估學員操作情況。
在發展趨勢上，一方面將微電子、自動控制、人工智慧、虛擬實境等領域的最新技術充分應用到飛行模擬器中，進一步增強模擬的真實性。同時，結合信息技術實現各個模擬平臺的網絡化，將單純的飛行訓練器擴展為綜合任務訓練系統，在軍用層面上還可構成多軍兵種的聯合作戰模擬訓練網。另一方面，改變以往先有實機再搞模擬的做法，將飛行模擬器的研製和使用與相應機型的設計和生產同步進行，這樣就縮短了飛行培訓時間，使新飛機能儘快投入運營或形成戰鬥力。此外，還注重將高級模擬器與普通模擬/練習器進行合理的高低搭配，加上輔助教學系統建立完善的訓練體制，以提高設備的使用成效。