Tras diferentes experiencias aeronáuticas en la provincia de Bizkaia, en octubre de 1927 comienzan las gestiones para el establecimiento de un aeropuerto en Bilbao, propiciadas por el Sindicato de Fomento. Se crea así una Junta Provincial que realiza estudios sobre el posible emplazamiento del aeropuerto. No será hasta 1936 cuando la Dirección General de Aeronáutica conceda la autorización para instalar un aeropuerto en Sondika. Ahora bien, las deficiencias de las que adolece esta ubicación hacen que el aeropuerto no sea considerado de interés general.
Durante la guerra civil, comienzan las obras pero en este período y hasta junio de 1937, será utilizado como base de actividades aéreas militares. En 1938, empieza la segunda fase de desarrollo del aeropuerto. La diputación reanuda las gestiones con el gobierno para modificar el primitivo proyecto de 1936 y consigue la autorización para redactar un nuevo proyecto que será aprobado por la Dirección General de Infraestructura.
Apertura al tráfico
En 1940, se decide de común acuerdo con los organismos locales afectados ubicar un aeropuerto civil en Sondika. Las obras se desarrollarán con lentitud, hasta el 19 de septiembre de 1948, momento en el que se abre el aeropuerto al tráfico diurno con el establecimiento por Aviación y Comercio, S.A. de una línea con Madrid. Dos años más tarde, entra en funcionamiento el edificio terminal y recibe el nombre de Carlos Haya. El 1 de septiembre de 1965 se publicó una orden ministerial que daba el nombre oficial a los aeropuertos; aparece ya como Aeropuerto de Bilbao, desde entonces su nomenclatura oficial a todos los efectos. El aeropuerto cuenta, en esos momentos, con una pista asfaltada, la 11-29 (de 1.440 por 45 metros), otra de terreno natural (de 1.500 por 150 metros), una calle de rodaje, un edificio terminal de pasajeros, una torre de control, un radiofaro, un goniómetro y también con servicios de policía, correos, meteorología, sanidad, combustibles y teléfonos. En 1955, se construye una calle de rodaje que une la pista con el estacionamiento y el edificio terminal, al igual que una plataforma de 124 por 60 metros, un hangar para el Real Aeroclub de Vizcaya y las instalaciones fijas de Campsa.
Entre 1964 y 1965, se instala un sistema de aterrizaje instrumental ILS y un radar meteorológico para la detección de tormentas; se amplía la pista hasta los 2000 metros y la plataforma hasta los 12.000 metros cuadrados. En 1975, se pavimenta la pista cuya orientación pasa a ser 10-28 debido al cambio de declinación magnética. En 1977, se amplía el estacionamiento y se construye una calle de enlace al tiempo que se instala un sistema ILS. Se inaugura este año la pista 12-30, de 2.600 metros de longitud y, al siguiente año, se clasifica el aeropuerto como de primera categoría.
En el decenio de 1980, entra en servicio el sistema de aterrizaje por instrumentos ILS en la pista 10-30; se amplían el centro de emisores, el edificio terminal de pasajeros y su estacionamiento; también se construyen el edificio contra incendios y el edificio terminal de carga.
En 1996, se construye una nueva calle de rodaje con dos salidas rápidas y una nueva plataforma de estacionamiento de aeronaves. En mayo de 1999, se pone en servicio la nueva torre de control, que permite una visión más centrada del campo de vuelos a la vez que facilita la operación aeroportuaria. El 19 de noviembre de 2000, se inaugura la nueva área terminal en la zona norte. Esta está compuesta por el nuevo edificio terminal, de 32.000 metros cuadrados de superficie, y por el aparcamiento, de 95.000 metros cuadrados y con 3.000 plazas de aparcamiento, así como por la plataforma norte para aparcamiento de las aeronaves, que sirve de soporte a la nueva área terminal.