高志航原名高铭久，字子恒。 其父高景文，母李氏，生兄弟六人，姐妹两人，铭久为长兄。幼年时期在家务农，9岁入学，13岁远离家乡，考入奉天（沈阳）中法中学。
１９２０年在学期间为减轻家庭负担，投笔从戎，考入东北陆军军官教育班学习。求学期间，东北扩建空军，他立志去法国学空军。而当局教育长郭松龄将军说：“你身体太小不能出国，给中国人丢脸。”他生气的说：“法国人也不是高个子，并且我也学过法文，同时我决定将高铭久名字枪毙了，更名为高志航，决心出国学习航空，以便将来立志杀敌报国。”当时，郭松龄军长的夫人说：“你有这样的好学生，一定派他出国留学深造，说不定将来会成为一个英雄人物呢？”在郭松龄夫人的鼓励下，高志航于１９２４年到法国学习两年航空，以优异成绩，于１９２６年回国。
回国后，高志航被任命为东北航空处少校（陆军衔）驾驶员，时年 19岁。他正当青年，在技术方面刻苦锻炼，精益求精，在每次演习中均获奖励。不幸，在一次演习中，因机械发生故障，降落时，将右腿折断。在南满医院治疗后，腿稍有些弯曲，对驾驶飞机有障碍，后有到哈尔滨医院，作第二次手术，打断另接。愈后，腿比原来短一分，设法穿后跟鞋，调剂成功，对驾驶飞机毫无影响，而且技术上比以前更有进步。因此百姓均称：高瘸子飞行员。
九一八事变后，高志航将家属打发回原籍，只身一人化装进山海关。在山东济南机场，高志航在其同学聂队长介绍下，继续南下直赴南京航委会报道。
１９３２年春，高志航到南京报道后，首先分配到杭州笕桥航空学校担任空军少尉见习。经过航委会主任黄光锐的第一次检阅，高志航被提升为空军中尉分队长。在任分队长期间，他自修自练，刻苦学习，夜里不用打灯起飞无阻，把飞行各种技术，如：倒飞、弧形飞等等，练得精益求精。黄主任在第二次校阅时，认为他的技术是中国飞行员中独一无二的，晋升他为空军上尉教官。在航校半年后，又提升为空军教导总队少校总队附，总队长为毛邦初。
此时，正是蒋介石委员长50大寿，英、德、意各国为推销飞机，派飞机在南京上空表演作战技术以献礼。高总队附在杭州留守，闻讯后自动进京表演。高志航以各种特殊技术表演。蒋介石观看后，询问表演的飞行员是谁？竟有这样的高超技术。毛邦初说：“是高志航总队附在表演。”蒋介石立即命令召见。蒋对高说：“你的技术很高，是超技术水平。” 当即把自己的“天窗号”飞机奖给了高志航自用。由此高志航的名字人人皆知。
此后，蒋介石命令他去意大利购买飞机。他到意大利，会见首相墨索里尼。中意双方协定，两国飞行员共同表演，高志航的技术在意大利上空施展开来，深受称赞。意大利军火商向他出售落后的飞机，用大批的金钱行贿，他拒不受贿。在向墨索里尼辞行时高志航说：“贵国飞机已经太落后了，并且贵国用行贿方式出售飞机，我们中国人决不接受，请原谅。我们将去美国，再见。”当时意大利首相非常钦佩他的行为，即将身上自带的钢笔式手枪送给他作为纪念。同时又来电赞美高志航，不辱使命称号。高志航到美国购回霍克式驱逐机一百架回国。回国后，立即成立5个大队。高志航任第四大队中校大队长，在杭州笕桥开始训练新的飞行员。
七七泸沟桥事变后，蒋介石说空军可以出动1000架飞机作战。当时航委会秘书长宋美龄说：“出不了那么多！”蒋介石说：“出500架。”宋美龄说：“只有驱逐机100架左右。”
八一三淞沪抗战爆发，日木更津航空队百架轰炸机开始轰炸江、浙两省。国民政府军事委员会紧急命令驻河南周家口的国军空军第四驱逐机大队调往杭州，以加强淞沪地区的防空力量。8月14日，第四驱逐机大队飞往杭州笕桥机场，飞机刚着陆，还未来的及加油，自台湾新竹基地起飞执行轰炸笕桥机场的日本木更津空军联队的 18架轰炸机就来到了笕桥上空。
高志航紧急下令起飞，他首先拦住敌机撕杀，只见空中无数铁鹰，有的俯冲、有的仰攻，翻腾旋转得满天黑烟圈。他首开第一炮，击落日领队机。接着，各中、分队长在四面出击。10分钟战斗后，击落敌机6架，击伤2架，而国军飞机无一损失。此6：0的辉煌战果，轰动了全国。
此后，蒋介石特地把8月14日，定为国军空军节。
后来，日军又调来佐世保航空队200架飞机（内中驱逐机100架），与我军展开激烈空战。数月后，出现了中国空军四大金刚：高志航、刘粹刚（后牺牲）、李桂丹（高的部下，在高牺牲后继任第四大队大队长，后在武汉保卫战中与日机互撞时牺牲）、乐以琴将日军四大天王分别击落。
第一天王山下七郎大尉被高志航击伤，迫降于苏州以东太仓县，被俘至南京。Ｂ、Ｃ、Ｄ三个天王阵亡于杭州、南京、上海一带。山下七郎原系杭州航校日籍教官，中国航校学员大多是他的学生，国军飞行员都以师生之礼相待，因此他非常感动。他说： “你们可以炸旗舰‘出云号’航空母舰，必须牺牲一人一机，把中国机涂改国徽，我把信号交代与你们，发出信号，航空网即开放，人机必须向烟筒窜进，同归于尽，才能完成任务。哪一位愿去，请举手！”全体学员都举起手来，愿意前去炸舰。山下七郎看到这一情景，认为中国必胜，日军必败。他说：“好吧，你们把证章都交给我，摸到谁，谁去。”乐以琴证章被抽中，毅然决定向“出云号”航空母舰袭击。乐发出信号，日舰即张开航空网，乐以琴人机直入尾部烟筒中壮烈牺牲。旗舰‘出云号’受了重伤，狼狈逃窜黄浦江港外。山下七郎还说：“日本飞行员发誓时说：我要作了亏心事，出门就碰上高志航。”可见高志航在日军中的声誉。
１９３7年淞沪抗战后，国军飞机消耗殆尽，无力再大规模作战。当时苏联为防止日军占据中国大陆后会以此为基地进攻苏联，因此特地出售驱逐机给中国空军。
此时，高志航因背部受伤在庐山修养。蒋介石电招他到南京，派他去兰州接收从苏联购买的一百架驱逐机。但是高志航受伤未痊愈，忍伤痛到京，还未见蒋介石，就问部下：“日机来轰炸为何不打？”部下说是因为我机速度与日机相差三分之一，加之敌多我少，很难作战。高志航即说：“可下令少加油，少带弹，不必要的机件拆掉，飞行员轻装上阵，减少重量，发挥特效，必能战胜。”
于是，多日未发生空战的南京突然发生激战。高志航率领四架飞机，打得日机落花流水，敌两架狼狈逃窜，高志航跟踪追击，时值黄昏，高志航到了镇江机场，忍着伤口疼痛，给机场信号，在不用灯的情况下在机场成功着陆。蒋介石和国民政府林森主席问今日何人作战，打败了日军？这时，得到报告，是高志航，但高现已失踪。最后得知降落镇江，当即派专车到镇江迎接，洽商接收苏机事宜。
高志航以空军上校第四大队长的身份，到兰州机场与苏联空军少将专使以俄语谈话。专使说：“你留学苏联否？”高说：“没有到过贵国，我们中国的将领都会说几国的语言。”苏联专使说：“我不会说中国话，十分抱歉，请原谅。”又说：“你们飞行员对苏联飞机驾驶，因腿短比较困难，飞机速度快，操纵灵，总失事，训练一个多月无进展，还需时间训练方能作战。”高说：“我国急需与日机作战，三日内就要训练好，以回南方应战。我可以试一试你们的飞机性能。”对方说：“可以，但是苏机头重，要特别注意操纵。”高说：“知道了。”他飞上天空，在空中倒飞三分钟，又作了各种特技，回到机场，苏少将握他双手，称他是天神，是现代英雄。
在起飞前，高志航向部下刘荫桓说：“你率领地勤人员先飞回汉口司令部，和王参谋、于机务长把司令部整理一下，告诉司令部全体人员，苏联飞机比美国飞机快三分之一，与日机作战，日必败，我必胜，不久就要回老家了，让他们放心，为国家干好工作吧！” 1937年11月21日，高志航率飞机到达周家口时，当地气候恶劣，有关方面通报有敌机一队，向汉口方面轰炸，敌机沿平汉路向驻马店方向前进。但万万没想到敌机是佯做迂回前来偷袭周家口。
高志航见日机突然扑来，立即下令全体队员紧急上机作战。高志航跑步上机刚进入机仓，敌机就进入了机场上空，第一个炸弹，就落在主机上，高志航、机械长、机械师等六人壮烈殉国。
高志航牺牲的噩耗传到航委会时，各方震惊，大为痛惜。国民政府军委会在汉口商务会大礼堂为高志航 等举行了追悼会，追悼会由蒋介石亲自主持。蒋介石并亲自献花圈致哀，高志航英雄殉国，死之伟大，生之有威，永垂千古。
高志航时年31岁，英雄灵柩后在湖北宜昌下陵。不久，国民政府追授高志航为空军少将驱逐司令。
