Первые пилотируемые космические полёты подтвердили необходимость лётного обучения космонавтов, создания условий максимально приближенных к космическому полёту для тренировок космонавтов и испытания образцов космической техники.

Развитие Центра подготовки космонавтов поста­вило вопрос о расширении возможностей авиацион­ного обеспечения его работы. 24 февраля 1967 года Генеральный штаб принял решение о формирова­нии Отдельного исследовательского тренировоч­ного авиационного полка и в марте 1967 года опре­делил дату начала его формирования — 1 апреля 1967 года и место дислокации — аэродром Чкаловский. Командиром полка 23 марта 1967 года был на­значен летчик-испытатель Серегин B.C.

Основным предназначением полка являлась лётная подготовка космонавтов. Полёты на самолётах и вертолётах, парашютные прыжки формируют у космонавтов такие профессиональные качества испытателя, как оперативность мышления, эмоциональную устойчивость, способность легче переносить воздействие факторов космического полёта. Лётная работа космонавта является мощным средством совершенствования операторских навыков, развития быстроты реакции, решительности, пространственной ориентации, эмоционально-волевой устойчивости к действиям в стрессовых ситуациях.

За время существования полка его личному со­ставу приходилось выполнять самые различные задачи: обеспечивать летной и специальной под­готовкой экипажи стартовавших космических ко­раблей, участвовать в эвакуации космонавтов по­сле посадки, осуществлять перевозки на космо­дром, участвовать в ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС, эвакуации раненых и пост­радавших при землетрясениях и других чрезвы­чайных происшествиях. Неоднократно летному составу полка приходилось решать задачи по эва­куации тяжелораненых из района боевых дейст­вий в Афганистане, Чеченской Республике и Тад­жикистане.

За выполнение этих и других важных задач, ус­пехи в боевой подготовке и воспитании авиаторов более 95 воинов-серегинцев награждены прави­тельственными наградами, в том числе орденами 21 и медалями 74 человека.

В июле 2009 года, в связи с преобразованием Центра в Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина", на базе полка было создано авиационное управление. В декабре 2015 года авиационное управление было преобразовано в Объединённый авиационный отряд.  

В настоящее время авиационный отряд имеет в своем составе по штату 10  учебных самолетов Л-39, 3 самолета Ил-7бМДК и 3 самолета Ту-134.

Авиаторы-серёгинцы гордятся своей историей, тем, что они являются не только свидетелями исследования человечеством безбрежных просторов космоса, но и принимают в подготовке космических полётов самое непосредственное участие.

Сегодня в честь 50-летия отдельного испытательного тренировочного авиационного полка особого назначения имени В. С. Серегина состоялось торжественное собрание, в котором приняли участие руководство Центра подготовки космонавтов, летчики-космонавты, сотрудники объединённого авиационного отряда и ветераны полка. Гостям был продемонстрирован современный авиационный парк ЦПК, базирующийся на аэродроме Чкаловский. Затем участники мероприятия возложили цветы к памятнику и Ю.А. Гагарину в Звёздном городке. В завершение дня состоялось торжественное собрание и праздничный концерт.

Подробнее с историей развития полка можно ознакомится в фильме Центра подготовки космонавтов: 

В юбилейный год телестудия Роскосмоса подготовила сюжет о деятельности легендарного космического авиаполка: