Blue Sky Studios a été créé en 1987 à New-York par Chris Wedge (animateur), Michael Ferraro, Carl Ludwig, Alison Brown, David Brown, et Eugene Troubetzkoy après avoir été employés chez Mathematical Applications Group, Inc. (MAGI), l’un des studios d’effets visuels ayant travaillé sur le film de Disney « Tron ».
A la fin des années 80 et dans les années 90, Blue Sky Studios via son logiciel maison CGI Studio va commencer à produire ses propres effets spéciaux numériques (création de logos…) pour de nombreuses publicités, notamment pour M&M’s en développant les premiers personnages animés par ordinateur de la marque. Plus de 200 publicités vont être alors produites par le studio.
En 1996, MTV collabore avec Blue Sky Studios sur le film « Bienvenu chez Joe », pour lequel il animera les personnages d'insectes.
En août 1997, la société d’effets visuels de 20th Century Fox, VIFX acquière une participation majoritaire dans les parts de Blue Sky Studios pour créer une nouvelle société d'effets spéciaux et d'animation, qui sera temporairement renommée "Blue Sky / VIFX". Cette nouvelle société se charge alors de l’animation des personnages des films « Alien, la Résurrection » (1997), « La Guerre des Fées » (1997), « La Souris » (1997), « Star Trek: Insurrection » (1998) et « Fight Club » (1999).
Dans le même temps, Chris Wedge travaille sur un court métrage nommé « Bunny », destiné à présenter la qualité d’animation du studio. « Bunny » sort en 1998, et reçoit l'Oscar du Meilleur Court-Métrage d'Animation.

Malgré ce succés, 20th Century Fox décide de vendre VIFX à un autre studio spécialisé dans les effets spéciaux : Rhythm & Hues Studios. Blue Sky Studios, en revanche est conservé.
En 2000, alors que la menace d’une nouvelle vente pour cause de difficultés financières plane sur le studio, Chris Wedge, la productrice Lori Forte et le directeur de l'animation Chris Meledandri, présentent à la direction de 20th Century Fox un scénario pour un long métrage d’animation intitulé « L’Âge de Glace ». La direction de Blue Sky Studios fait alors pression sur ses employés afin de vendre les actions restantes à 20th Century Fox, tout en leur promettant de travailler sur de nouveaux films.
Alors que la production du film se terminait, la Fox craignant un échec licencie la moitié du personnel en charge de la production et essaye en vain de trouver un acheteur pour le film et le studio.
« L’Âge de Glace » sort le 15 mars 2002 et devient rapidement un succès critique et commercial, recevant même une nomination pour l’Oscar du Meilleur Film d'Animation. Suite à ce succès, Blue Sky Studios trouve sa place aux côtés des plus grands tels que Pixar et DreamWorks. Après « L’Âge de Glace », se sont une douzaine de films (et autant de courts-métrages), dont le très apprécié « Rio » qui sortiront dans les salles obscures.

En décembre 2017, The Walt Disney Company annonce le rachat d’une partie de 21st Century Fox et donc de Blue Sky Studios. Rachat confirmé fin juillet 2018.
Dans le même temps, Disney annonce que Blue Sky Studios et sa société mère 20th Century Fox Animation (maintenant 20th Century Animation) seraient intégrés en tant qu'unités au sein des Walt Disney Studios, les coprésidents Andrea Miloro et Robert Baird continuant à diriger le studio sous la direction de Alan Horn, président de Walt Disney Studios.
En juillet 2019, Miloro annonce qu'elle démissionne de son rôle de coprésidente, laissant Baird comme seul président. En août 2019, l'ancien directeur des Walt Disney Animation Studios, Andrew Millstein, est nommé co-président de Blue Sky Studios aux côtés de Baird, tandis que le président des Studios Pixar, Jim Morris, est également annoncé dans un rôle de supervision.
Blue Sky Studios complète donc le pôle animation des Studios Disney.