Ngày 30/10/2005, sân bay này đón chuyến bay quốc tế đầu tiên kể từ 1975. Đây là chuyến bay thuê bao của hãng hàng không Áo (Austrian Airlines) bằng máy bay B737 chở khách đi và đến cố đô Luang Prabang (Lào).
Theo quyết định của Thủ tướng Chính phủ ngày 16/8/2007, sân bay Phú Bài trở thành sân bay quốc tế thứ 4 tại Việt Nam (chính thức công bố vào ngày 01/9/2007), cùng với sân bay Cam Ranh - Nha Trang sẽ là sân bay quốc tế thứ 5 tại Việt nam.[8]
Ngày 20/08/2008, tại thành phố Huế, tỉnh Thừa Thiên-Huế, lãnh đạo thành phố Huế và thành phố Shizuoka (Nhật Bản), vừa bàn kế hoạch hợp tác mở đường bay nối hai thành phố. Dự tính đường bay sẽ mở trong thời gian tới.[9]
Năm 2013, sân bay này sẽ được đóng cửa từ tháng 20 tháng 3 đến tháng 20 tháng 9 để sửa chữa đường băng.
Ngày 20/9/2013, sân bay quốc tế Phú Bài chính thức hoạt động trở lại.
Ngày 29/12/2019, ACV đã tổ chức lễ đón hành khách thứ 115 triệu trên chuyến bay VN1270 Vietnam Airlines xuất phát từ Tân Sơn Nhất - Phú Bài là ông Matsubara Kuniyoshi - hành khách người Nhật.
