在大型先輩飛機中，碳纖維復合材料被廣泛用作主承力結構材料。在近期研制成功的新型飛艇中，碳纖維復合材料也被用作結構材料。

　　20世紀70年代中期的石油危急是碳纖維應用于飛機制造的直接緣故原由。為緩解能源危急，當時的美國當局啟動了“飛機節能計劃。當代飛機機身采用鋼、鋁、欽等金屬和復合材料制成。為節約燃油和進步運營效益，減輕機身質量一向是飛機設計制造技術中的核心挑釁之一。而碳纖維復合材料在飛機機身制造上的成熟應用為減輕飛機機身質量提供了最有用的途徑。例如，以金屬材料為主制成的波音767飛機(碳纖維復合材料用量僅占3%)機身質量為60t，而將碳纖維復合材料用量提拔到50%時，新型波音767飛機機身質量降落到48t,僅此就極大地提拔了該型飛機的能源和環境效益。
 

　　正在研制的波音777X飛機和最新投產的波音787飛機，機身復合材料的用量都達到了50%'。波音777X飛機是波音公司以波音777飛機為基型、正在開發的一種大型雙引擎客機，計劃首架飛機于2020年交付并投人運營。波音777X飛機的主翼由碳纖維復合材料制成，其翼展長約71.6m(235.0英尺)，是目前客機中翼展最長的機型之一。翼展越長則升力越大，因此，波音777X的單座燃油消費和運營成本都特別很是有競爭力。此外，碳纖維復合材料機翼不僅強度高、柔性好，且末端可折疊，如許多數機場能知足其寬翼展的停機需求。波音787飛機的主翼和機身等主承力結構都采用日本東麗公司的TORAYCA碳纖維預浸料制造。2005年11月，東麗公司與美國波音公司簽署了一項為期10年的協議，為波音787夢想號飛機提供碳纖維預浸料。2015年11月9日，東麗公司公布與美國波音公司達成綜合協議，將為波音公司生產的787和777X兩型飛機提供價值約110億美元的碳纖維預浸料。波音公司計劃進步787飛機的年產量，從2015年的10架進步到2016年的12架、2020年的14架;同時，大型模塊的比率也將進步，這將極大地促進對碳纖維復合材料的需求。為保證波音787飛機月產量達12架后的材料供給，位于美國華盛頓州塔科馬市的東麗復合材料(美國)公司已經于2016年1月完成擴產;同時，日本東麗公司決定投資約4.7億美元，在其收購的斯帕坦堡縣廠區內建設包含原絲、碳纖維和預浸料在內的一體化生產線，設計年產量為2000t。這是東麗公司首次在美國建設一體化的碳纖維生產線，以用于研發波音777X飛機和知足月產14架波音787飛機的需求。
 

　　2016年8月17日，英國最新研制的“空中之戀10號”大型飛艇完成了其童貞航。這架飛艇是一種輕于空氣的航天器，被設計用于實行偵察、監視、通訊、貨物與救援物資的運輸，以及乘客交通等。該飛艇采用日本可樂麗公司生產的聚芳醋織物做蒙皮，蒙皮內充滿了帶壓氦氣;其外形結構材料采用碳纖維復合材料，最大化地減輕了飛艇自身質量。在無人值守的情況下，該飛艇在空中一次最長可漂浮5d。