Neos è stata fondata il 22 giugno 2001, ed ha compiuto il primo volo l’8 marzo 2002 con il primo Boeing 737-800 I-NEOS denominato Città di Milano.
È nata con una joint venture tra l’IFIL, proprietaria all’epoca di Alpitour, e il tour operator tedesco TUI. Dal gennaio del 2004, Neos è stata totalmente acquisita da Alpitour e ha iniziato il servizio intercontinentale.
Neos possiede la propria base principale presso l’aeroporto di Milano-Malpensa e una base minore presso l’aeroporto di Verona-Villafranca.
Svolge autonomamente la manutenzione tecnica sui propri velivoli con personale proprio, applicando quanto previsto in materia da EASA.
Il 18 dicembre 2017 è atterrato presso l’aeroporto di Milano-Malpensa il primo Boeing 787-9 della compagnia con le marche EI-NEO, il secondo Boeing 787-9 è arrivato il 30 giugno 2018 con le marche EI-NEW, mentre a novembre 2018 è arrivato il terzo esemplare con le marche EI-NEU. Il quarto Boeing 787-9 è arrivato il 16 Settembre 2019 con marche EI-NUA e denominato “Las Americas”.
L’8 Dicembre 2020 è stato consegnato a Neos Air il quinto Boeing 787-9, proveniente da Dublino, luogo dove è stato ridipinto. Il sesto Boeing 787-9 è stato consegnato alla compagnia aerea il 17 febbraio 2021. Entrambi sono esemplari ex-Norwegian Long Haul.
Il 30 marzo 2021, Boeing ha consegnato alla compagnia i primi due Boeing B737 MAX 8, registrati EI-RZA ed EI-RZB. I due aeromobili sono entrati in servizio nel maggio 2021. EI-RZC ed EI-RZD sono stati consegnati a giugno, andando a portare le flotta a 4 B737 MAX 8.