En 1967, el empresario Conrad "Connie" Kalitta fundó la aerolínea como Connie Kalitta Services,[5] un negocio de transporte de piezas de automóviles utilizando un Cessna 310 bimotor que pilotaba. El nombre de la aerolínea se convertiría más tarde en American International Airways en 1984. Para este punto, la flota consistía en aviones Boeing 747, Lockheed L-1011, Douglas DC-8, Twin Beech y Learjet, para operaciones de carga aérea, ambulancia aérea y vuelos chárter de pasajeros.
A finales de la década de 1980, la marca Kalitta continuó apareciendo en muchos de los aviones de carga de la compañía. En 1990 y 1991, AIA voló 600 misiones en apoyo de las operaciones Escudo del Desierto y Tormenta del Desierto.
En 1997, AIA se fusionó con Kitty Hawk Inc., y Conrad Kalitta renunció para iniciar Kalitta Leasing y así comprar, vender y arrendar aviones grandes. En abril de 2000, Kitty Hawk International (la antigua AIA) cesó sus operaciones. Kalitta decidió rescatarla y la nueva aerolínea, Kalitta Air, comenzó a operar en noviembre de 2000, utilizando el certificado de operación y los activos de la antigua aerolínea.
El 25 de mayo de 2008, el vuelo 207 de Kalitta Air invadió la pista 20 durante su despegue en el aeropuerto de Bruselas, lo que el avión se partiera en tres grandes pedazos. Cuatro personas quedaron heridas. La investigación determinó un fallo de motor producto de un choque con pájaros (bird strike).