American Trans Air wurde 1973 gegründet. Mit Boeing B-720 begann die Gesellschaft von Indianapolis mit ihren Charterflügen in Zusammenarbeit mit dem Reiseclub Ambassadair.
1981 erhielt man die Zulassung als Linienfluggesellschaft und schaffte sich acht B-707 an.
Schon frühzeitig übernahm American Trans Air Aufträge der Army.
Dieser Wirtschaftszweig entwickelte sich zur lukrativen und wichtigsten Einnahmequelle und man baute deshalb den Chicago Midway Airport als zweiten Hub aus.
Als neue Flugzeugtypen konnte American Trans Air im Jahr 1983 McDonnell Douglas DC-10, gefolgt von Boeing B-727 und Lockheed L-1011 „TriStar“ jeweils ein Jahr später und ab 1992 Boeing B-757 in der Flotte begrüßen.
Bei der Operation „Desert Storm“ war American Trans Air von der Army vollends involviert.
Im Jahr 2000 gründete man zusammen mit Chicago Express einen eigenen Zubringerdienst der unter dem Namen ATA Connection vermarktet wurde.
Ein Jahr später fand bei American Trans Air eine vollkommene Flottenerneuerung statt, wo B-757-300 und B-737-800 alle älteren Modelle ersetzen sollten. Der Name ATA Airlines Inc. wurde 2003 angenommen, einhergehend mit einer völlig neuen Bemalung an den Flugzeugen. Inzwischen war American Trans Air weltweit aktiv, musste sich jedoch am 26.10.2004 unter Konkursschutz stellen.
Der Hub in Indianapolis wurde geschlossen und der ATA Connection Service stillgelegt, worauf der Partner Chicago Express am 28.3.2005 Konkurs anmelden musste. Als man neue Geldgeber fand konnte ATA am 28.2.2006 den Konkursschutz wieder verlassen.
Durch den Entzug mehrerer wichtiger Aufträge vom Militär, die letztendlich an FedEx gingen, musste sich ATA am 2.4.2008 erneut unter Chapter 11 stellen.
Zwei Tage später meldete ATA Insolvenz an.