1958年，也就是六十年前，NASA（美国国家航空航天局）成立。该机构长期以来一直利用飞机研究太空。飞机飞至高空后，望远镜便能升至地球大气层水汽层之上；水汽会阻挡某些类型的光线（例如红外线）到达地面望远镜。机载天文台还可以前往任何地点开展观测，使研究人员能够研究短暂现象，例如类似日食、称为掩星的现象，借此了解遥远的行星和天体。机载天文台每次飞行后着陆时，望远镜仪器（如专用相机）可以升级或维护，也可以利用新技术制造新的仪器——而大多数太空望远镜无法做到这一点。
1965年，NASA改装了一架康维尔990飞机并搭载其飞行，从而为机载天文学开辟了道路，并研究了一次日食，飞行路线穿过全食带。1968年，天文学家在李尔喷气式飞机机舱内使用12英寸望远镜，通过红外线研究金星等天体。
李尔喷气式飞机天文台的工作促成了NASA库伊珀机载天文台（简称KAO）的研制。这是一架改装后的C-141运输机，搭载了一台36英寸反射望远镜。它以行星科学家杰拉德·库伊珀的名字命名，1975年至1995年间由NASA位于加利福尼亚州的艾姆斯研究中心运营。科学家利用KAO开展太阳系研究、星系内及河外观测，甚至在航天飞机重返地球大气层时，用红外线研究其隔热罩。库伊珀机载天文台取得的发现包括：
冥王星的大气层
天王星周围的环
银河系中心周围的恒星形成环
太空中的复杂有机分子
彗星中以及木星大气层中的水
库伊珀机载天文台于1995年退役，以便研制一座配备更大、更强红外望远镜的飞行天文台——平流层红外天文台（SOFIA）。
NASA与德国航空航天中心（DLR）共同运营SOFIA。他们选择了一架波音747SP飞机来搭载迄今最大的机载望远镜，其直径达106英寸（2.7米）。NASA改装并维护这架飞机——它曾先后服务于泛美世界航空公司和联合航空公司——如今飞机搭载望远镜、其支持系统和任务机组人员。DLR设计、制造并维护这台望远镜；飞机以每小时650英里以上的速度、最高达45,000英尺的高度飞行时，望远镜仍可工作。
飞机改装工作包括为望远镜舱开孔，增设新的承压隔舱壁以将加压客舱与望远镜舱隔开，并在望远镜舱周围加装气流导流坡道，使飞机在望远镜舱门打开时仍能正常飞行。机舱内，天文台所需的任务控制系统取代了飞机作为客机时的座椅。改装和试飞在得克萨斯州韦科以及NASA阿姆斯特朗飞行研究中心703号机库进行。每次飞行约有20人机上值守，负责操控飞机、控制望远镜并收集天文数据。
这台德国制造的望远镜采用一种独特的玻璃材料，热膨胀几乎为零，因此镜面不受地面暖空气与平流层冷空气之间温差的影响。望远镜背面采用蜂窝结构设计，使其重量比大多数同尺寸望远镜轻约80%。精密的稳定系统可隔绝飞机运动对望远镜的影响，使其在夜间飞行期间始终对准观测目标。SOFIA于达到全面运行能力，并于2014年开始每周飞行三次或以上，每次飞行10小时。
天文学家正利用SOFIA研究多种天体和天文现象，包括：
恒星的诞生与消亡
的形成新行星系统
识别太空中的复杂分子
星云以及星系生态系统
