센다이 공항은 1940년일본제국 육군에서 쿠마가야 육군 비행학교 마스다분교 교육대 연습기지(熊谷陸軍飛行学校 増田分校教育隊練習基地)로 사용하기 위해 건설하여, 나토리 비행장, 마스다 비행장, 야토리 비행장 등의 이름으로 불리었다. 1943년에는 미호 육군 비행학교(水戸陸軍飛行学校)가 옮겨오며 규모가 커져서, 센다이 육군 비행학교로 재편되었다. 하지만 이후 1945년 종전과 함께 미군이 접수하게 되었는데, 1956년 다시 일본으로 반환되어 방위청(현 방위성) 일본 운수성(현 국토교통성)에서 공동으로 관리, 사용하게 되었다.
1972년2월 14일부터는 제트기가 취항하면서 B활주로를 2000m 급으로 연장하여 운용을 시작하였다. 아울러 이와 함께 육상 자위대의 항공학교가 육상 자위대 북 우츠노미야 주둔지로 이전하였다. 이후 1990년4월 6일에 대한민국의 아시아나항공이 서울(당시 김포국제공항) ~ 센다이 노선에 첫 정기 국제선을 운항하면서 국제선 시대가 개막하였다.[1]1992년에는 B활주로를 2500m로 추가 연장하였으며, 5년 뒤인 1997년에는 현재의 터미널이 새롭게 개항하였다. 이때, 터미널은 후일 활주로가 추가적으로 연장될 것을 고려, 예전의 위치보다 조금 더 동쪽에 건설되었다.
2011년3월 11일 오후 2시 46분에 미야기현 앞바다에서 리히터규모 9.0의 초대형 지진이 발생하였다. 이 지진으로 인해 거대 지진해일이 발생하여 관제탑일부와 활주로를 포함한 공항의 대부분의 시설이 침수되었다. 결국 지진 해일이 발생한지 얼마 되지 않은 오후 3시 6분에 폐쇄되었다. 이로 인해 더 이상 열리지 않을 뻔했으나, 완벽한 복구를 거쳐 그해 4월 13일에 운용을 재개하였다.
