Air Astana havayolu 2001 yılında kuruldu ve ilk uçuşunu 15 Mayıs 2002 tarihinde Almaata'dan ülkenin başkenti Astana'ya gerçekleştirdi. Şirketin hissedarlarını temsilen Kazakistan Cumhuriyeti Hükümeti adına Cumhurbaşkanı Nursultan Nazarbayev ve İngiltere kökenli BAE System PLC şirketi adına Sir Richard Evans Air Astana'nın ilk seferine katılan yolcular arasında yerlerini aldılar.
Ortak kurulumun %51'lik hissesi 'Samruk Kazına Ulusal Yardımlaşma Fonu'na, %49'u ise BAE Systems PLC şirketine aittir ve havayolunun gelişimi süresince iki hissedar arasındaki ortaklık istikrarlı bir şekilde sürdürülmüştür.
Şirketin, dünyanın en hızlı gelişen ekonomilerinden biri olan Kazakistan'ın ihtiyaçlarını giderecek, uçtuğu iç ve dış hatlarda güvenlik ve hizmet standartlarını en üst düzeyde tutarak yeni jenerasyon uçaklarla en iyi hizmeti sunmak olarak belirlenen misyonu da bu süreç içerisinde hiç değişmemiştir.
Air Astana Kazakistan'da Avrupa Hava Güvenliği Ajansı'nın (EASA) 145 nolu standarlara uygun olarak filoya teknik hizmet gösterme sertifikasına sahip tek havayolu şirketidir. 2008 yılında, Air Astana, IATA'nın Operasyon Güvenlik Denetimini (IOSA) başarılı bir şekilde geçen havayolları listesine resmi olarak kaydolmuştur. Böylece Air Astana, Bağımısız Devletler Topluluğunda bu denetim sertifikasını herhangi bir sınırlama olmadan alan 6 havayolundan bir olmuştur.
Havayolu, bugün, yaş ortalaması 7 olan jet tipi 22 adet batı imalatı uçaktan oluşan filosu ile 50'ye yakın iç ve dış noktaya uçuş hizmeti vermektedir. 3,000 kişiden oluşan personeli kalifiye, coğunlukla yerel ve bir kısmı da kendi alanında büyük tecrübeye sahip yabancı personelden oluşmaktadır. 2005 sonbaharından itibaren Air Astana'yı, havayolu endüstrisinde üst düzey görevlerde bulunan ve 25 senelik tecrübeye sahip Peter Foster yönetmektedir ve Başkan Yönetim Kurulu'na bağlıdır.
Air Astana yakın bir geçmişte Boeing 757-200 ve Boeing 767-300ER ailesine ilave olarak yeni Airbus 320'ler ve bölgesel hatlarda işletilmek üzere Embraer E190'lara sipariş vermiştir. Şirket, son siparişleriyle uçak filosunu 2014 yılında 34 uçağa, 2022 yılında ise 63 uçağa çıkarmayı öngörmektedir. Modern filosu, gerek Kazakistan'a gerekse Kazakistan'dan yapılacak hava yolculuklarında hem güvenilir ve komforlu hizmet sunabilmek için geniş teknik ve hizmet yeniliklerine sahip Air Astana havayolları, şüphesiz Bağımsız Devletler Topluluğu bölgesinde lider konumunda bulunmaktadır.