空军导弹学院的历史可以追溯到1958年，当时空军第八预备学校被改编为第十五航空学校，位于河北省保定市，随后在同年12月迁移到陕西三原县。1960年1月，学校更名为空军高级专科学校，经过多次改名，包括1963年的空军第四高级专科学校，1965年的空军技术学院，直至1969年的空军第二专科学校，1975年的空军第二高射炮兵学校，1978年的空军第二高射炮兵学院，直到1983年正式成为地空导弹学院，1986年6月，学院改名为空军导弹学院。

学院的组织机构在发展过程中有所调整，最初从1958年到1960年，学院设有三个学员大队，之后至1978年，经历了五个系的阶段，1978年以后则调整为四个系。1986年6月的改组中，学院增设了雷达工程、计算工程、导弹工程和指挥工程四个专业系，同时学院具备硕士学位的授予资格，学制灵活，培训层次包括研究生、本科、专科、中专和士官等。

在学院的领导层面上，从1958年到1989年底，多位杰出人士担任过校(院)长，如王定烈、宋映、高树志、唐刚、沈福林、侯勉等；政治委员包括魏志明、李建军、冯应山、唐刚、娄树勋、金恭等。副校长和政治部副主任如王殿春、张云、刘及武、唐刚、张兆有、程江等也曾在学院的建设和发展中发挥关键作用。