Sư đoàn được thành lập ngày 30 tháng 10 năm 1975. Ban đầu, sư đoàn này đóng ở miền Đông Nam Bộ, với biên chế gồm các trung đoàn tiêm kích 935, 937 và trung đoàn trực thăng 917. Tuy nhiên, từ năm 1979, sư đoàn chuyển ra miền Trung. Các trung đoàn trực thuộc cũ được bàn giao cho Sư đoàn Không quân 370. Đồng thời, sư đoàn tiếp nhận vào biên chế các trung đoàn tiêm kích 923 và 933. Đến năm 1989, sư đoàn tiếp nhận thêm trung đoàn tiêm kích 929. Sau này, trung đoàn 923 được điều sang Sư đoàn Không quân 371 và trung đoàn 954 được điều sang Quân chủng Hải quân. Hiện tại, Sư đoàn 372 gồm trung đoàn tiêm kích 929, và trung đoàn tiêm kích 925 và trung đoàn trực thăng 930.

Danh sách chỉ huy sư đoàn hiện nay

Sư đoàn trưởng: Đại tá Phạm Tuấn Anh

Chính ủy: Đại tá Hoàng Trung Kiên

Phó sư đoàn trưởng TMT: Thượng tá Trần Tiến Tùng

Phó sư đoàn trưởng QH: Thượng tá Bùi Đình Hậu

Phó Chính ủy: Đại tá Hoàng Văn Chiến

Phó TMT Tác chiến: Nguyễn Tuấn Anh

Phó TMT SCH: Huỳnh Phượng Hoàng

Sư đoàn trưởng qua các thời kỳ

• Lê Hải
• Mai Văn Cương
• Nguyễn Đức Soát
• Lê Quốc Bảo

- Nguyên Phó Tư lệnh kiêm Tham mưu trưởng Quân chủng PK-KQ

- Phó Tư lệnh kiêm Tham mưu trưởng Quân chủng PK-KQ

- Phó Tham mưu trưởng Quân chủng PK-KQ