2006年以來，學校發(fā)起成立及加入了“亞洲仿真聯(lián)盟”“歐洲頂尖工業(yè)管理者高校聯(lián)盟(T.I.M.E.)”“一帶一路航天創(chuàng)新聯(lián)盟”“國際宇航聯(lián)合會”等18個國際大學聯(lián)盟及學術組織。

2024年12月，亞洲仿真聯(lián)盟（Asia Simulation Federation, ASIASIM簡稱“亞仿聯(lián)”）成立儀式暨首屆仿真前沿技術研討會在北航杭州國際校園舉辦。亞洲仿真聯(lián)盟是國內(nèi)首批依托高校建設的國際科技組織，也是北航發(fā)起成立的第一個國際組織。

歐洲頂尖工業(yè)管理者高校聯(lián)盟（Top International Managers in Engineering,簡稱T.I.M.E.聯(lián)盟）是巴黎中央理工大學1989年發(fā)起的、由歐洲一流工科院校組成的大學聯(lián)盟，其宗旨是通過搭建交流交換平臺，促進成員高校在工程人才培養(yǎng)，特別是雙學位領域的合作，培養(yǎng)有跨文化理解力、卓越專業(yè)能力的國際化工程人才。北航是該聯(lián)盟在國內(nèi)唯二的會員單位。

2018年，物理學院呂廣宏教授獲批國家自然科學基金重點國際(地區(qū))合作研究項目，開啟北航與荷蘭基礎能源研究所DIFFER合作，共同開展面向商用聚變能應用的等離子體輻照效應研究工作。雙方合作充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，實現(xiàn)了實驗裝置、研究方法的優(yōu)勢互補。項目研究成果揭示了聚變邊界等離子體輻照效應，為聚變堆工程設計中壁材料的制備與應用提供理論指導。該項目于2022年12月結題并獲評優(yōu)秀。

2020年，北京航空航天大學分別與美國德克薩斯大學奧斯汀分校、美國密蘇里大學聯(lián)合簽署并啟動“空間非合作機動目標智能自主相對導航與控制研究”項目。三方強強聯(lián)合，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，積極推動空間非合作目標導航、制導與控制(GNC)技術的發(fā)展及相關產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進程，以滿足空間在軌服務與維護領域的迫切應用需求。

2020年，北京航空航天大學牽頭的國家自然科學基金重點國際(地區(qū))合作研究項目“全息真3D顯示關鍵技術”獲批立項，攜手首爾國立大學和四川大學，致力于解決全息顯示中的關鍵問題，攻克前沿核心技術，推動3D顯示技術的發(fā)展與應用。

2020年，北京航空航天大學正式開始與沙特國王科技大學開展科研合作，共同承擔了國家自然科學基金國際合作重點項目，旨在新型功能材料等交叉學科研究，目前主要致力于新型稀土軟磁復合材料關鍵技術和產(chǎn)業(yè)化突破，以及青年教師互派和研究生聯(lián)合培養(yǎng)等。

2021年，北航、新加坡國立大學、澳大利亞新南威爾士大學啟動“數(shù)字孿生車間構建及生產(chǎn)運行優(yōu)化理論”國家自然科學基金重點項目，三方強強聯(lián)合，積極推動數(shù)字孿生與智能制造技術的發(fā)展與行業(yè)應用，以滿足我國制造企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級的迫切需求；自主創(chuàng)辦《Digital Twin》和《Digital Engineering》國際期刊，發(fā)起數(shù)字孿生國際會議，成立北航數(shù)字孿生國際研究中心，引領數(shù)字孿生研究與發(fā)展。

2023年，北京航空航天大學與南非文達大學、比勒陀利亞大學簽署“中非北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)及遙感應用聯(lián)合實驗室”共建協(xié)議，聯(lián)合開展北斗高精度定位導航授時技術研究及其在智慧農(nóng)業(yè)和交通領域的應用示范，并在人才交流、技術合作、數(shù)據(jù)和成果共享、系統(tǒng)研發(fā)和聯(lián)合交叉驗證等方面全面合作，推動我國北斗系統(tǒng)在非洲的應用落地。

2023年，北京航空航天大學與斯里蘭卡科倫坡國際集裝箱碼頭有限公司、科倫坡大學聯(lián)合承擔科技部國際戰(zhàn)略性合作項目“基于北斗/GNSS的智慧物流技術聯(lián)合開發(fā)與應用示范”，旨在研制適用于東南亞國家的北斗車載智能終端，建立基于北斗/GNSS終端的智慧物流管理平臺，實現(xiàn)城市級高效物流應用示范。

2024年，北京航空航天大學聯(lián)合新加坡國立大學、致真存儲（北京）科技有限公司、北京智芯微電子科技有限公司，共同致力于低功耗、高集成體自旋軌道矩磁隨機存儲器合作研究，通過“國際聯(lián)合+產(chǎn)學研融合”模式結合各方優(yōu)勢，突破功耗和集成度相互制約瓶頸，推進新型磁隨機存儲器的發(fā)展。

2025年，北京航空航天大學與香港理工大學、同濟大學、杭州迅蟻網(wǎng)絡科技有限公司聯(lián)合承擔科技部戰(zhàn)略性科技創(chuàng)新合作項目“城市低空無人機物流智能規(guī)劃與調(diào)控”，旨在研究低空基礎設置規(guī)劃、航路網(wǎng)智能規(guī)劃、物流投送任務魯棒優(yōu)化技術，建立城市低空物流規(guī)劃調(diào)控驗證系統(tǒng)，實現(xiàn)城市級應用示范，推動我國低空運輸行業(yè)發(fā)展變革。

2025年，北京航空航天大學聯(lián)合俄羅斯科學院空間研究所、意大利特倫托大學、德國美因茨大學、國家應急管理部國家自然災害防治研究院、杭州極弱磁場國家重大科技基礎設施研究院、中國計量科學研究院等承擔科技部戰(zhàn)略性科技創(chuàng)新合作重點專項項目，共同推動弱磁計量基準建設、量子磁傳感器研發(fā)、地球磁場建模與生物磁測量應用研究，將服務地球科學和生物磁成像等前沿基礎科學研究。

2025年，北京航空航天大學聯(lián)合韓國首爾大學、三星電子、西北工業(yè)大學及南方科技大學等單位承擔科技部政府間國際科技創(chuàng)新合作項目“面向6G通信技術的高效全固態(tài)半導體制冷系統(tǒng)設計及應用”，旨在研制下一代低功耗熱電半導體制冷芯片，攻關6G通信模塊一體化熱管理技術，實現(xiàn)光通信模塊高精高穩(wěn)低噪運行，推動我國通信用半導體制冷技術產(chǎn)業(yè)化進程。