Сформирована 15 ноября 1942 г. на базе ВВС Юго-Западного фронта 2-го формирования в составе 1-го смешанного авиакорпуса, 282-й и 288-й истребительных, 267-й штурмовой, 221-й бомбардировочной, 262-й ночной бомбардировочной авиадивизий, 208-го и 637-го штурмовых авиаполков. В декабре в нее вошел 3-й смешанный авиакорпус — всего 447 боевых самолетов.

Свой боевой путь армия начала в ходе контрнаступления советских войск под Сталинградом. Во взаимодействии со 2, 8 и 16-й воздушными армиями она вела активные бои за господство в воздухе, поддерживала войска 5-й танковой и 21-й армий при прорыве обороны противника и его окружении. Большую роль сыграли действия армии при проведении воздушной блокады окруженной группировки противника. В январе-феврале 1943 г. поддерживала войска Юго-Западного фронта в ходе Донбасской наступательной операции и во встречных сражениях, развернувшихся в конце февраля между Днепром и Северским Донцом.

Весной взамен убывших истребительной и двух бомбардировочных авиационных дивизий, двух штурмовых и одного отдельного бомбардировочного авиаполков боевой состав армии пополнился 9-м смешанным авиационным корпусом. Всего в армии имелось 715 боевых самолетов.

В июле содействовала войскам 7-й гвардейской армии Воронежского фронта в ходе Курской стратегической оборонительной операции. 17 июля основные усилия армии были сосредоточены на изюм-барвенковском направлении. В первой половине августа она участвовала в срыве железнодорожных и автомобильных перевозок противника, задержав тем самым сосредоточение его резервов западнее Харькова. В начавшейся 13 августа стратегической операции по освобождению Донбасса 17-я воздушная армия поддерживала наступавшие войска и надежно прикрывала их с воздуха. В развернувшейся битве за Днепр в сентябре-октябре оказала большую помощь сухопутным войскам при ликвидации сильно укрепленного запорожского плацдарма противника, освобождении крупных промышленных центров Южной Украины (Запорожье, Днепропетровск, Днепродзержинск и др.), в срыве плана немецко-фашистского командования по разрушению плотины Днепрогэса.

16 октября армия включена в состав 3-го Украинского фронта. Большой вклад внесла в разгром противника на Правобережной Украине зимой и весной 1944 г. В исключительно сложных погодных условиях ее части и соединения обеспечивали действия ударной группировки фронта, уничтожали отступавшие войска противника, не давая им закрепиться на промежуточных рубежах.

В августе в ходе Ясско-Кишиневской стратегической операции нанесла большой урон противнику и оказала эффективную поддержку сухопутным войскам.

С ноября 1944 г. и до конца войны вела бои по разгрому противника на территории Венгрии, участвовала в Будапештской стратегической наступательной и Балатонской оборонительной операциях, затем в Венской стратегической операции.

Свой боевой путь завершила в Чехословакии, участвуя в ее освобождении.

За годы Великой Отечественной войны личный состав 17-й воздушной армии совершил свыше 200 тыс. самолето-вылетов. 57 соединений и частей, входивших в ее состав, награждены орденами, 22 преобразованы в гвардейские, 47 получили почетные наименования.

За мужество и героизм орденами и медалями отмечены тысячи воинов-авиаторов, около 230 из них удостоены звания Героя Советского Союза, а А.И. Колдунову, Г.Ф. Сивкову и Н.М. Скоморохову это звание присвоено дважды.

Командующие: генерал-майор авиации, с декабря 1942 г. генерал-лейтенант авиации Красовский С.А. (ноябрь 1942 г. — март 1943 г.); генерал-лейтенант авиации, с марта 1944 г. генерал-полковник авиации Судец В.А. (март 1943 г. — до конца войны).

Начальники штаба: полковник Тельнов К.И. (октябрь 1942 г. — февраль 1943 г.); полковник, с марта 1943 г. генерал-майор авиации Селезнев Н.Г. (февраль-июнь 1943 г.); генерал-майор авиации, с апреля 1945 г. генерал-лейтенант авиации Корсаков Н.М. (июнь 1943 г. -до конца войны).