К началу Первой Мировой войны (1 августа 1914 г.) было построено и передано в императорский военно-воздушный флот 4 «Ильи Муромца». Поначалу от лётчиков поступали негативные отзывы: самолёт не защищён, плохо набирает высоту, скорость слишком мала и т.п. Но Михаил Шидловский, руководитель авиационного отдела завода «Руссо-Балт», доказал, что нужно было просто переосмыслить тактику применения гигантских самолётов. В докладной записке военному министру он указал на неправильное использование этих машин на фронте и предлагал сформировать из разрозненных отрядов «Муромцев» боевое соединение по типу эскадры морских боевых кораблей. Николай II одобрил идею, и с декабря 1914 года в русской авиации появилось деление на лёгкую и тяжёлую. Этим же приказом была сформирована эскадра из десяти боевых и двух учебных кораблей типа «Илья Муромец». Самолёты использовались как бомбардировщики и фоторазведчики. В 1916 году Русско-Балтийский завод послал на фронт ещё 39 «Муромцев». Этот год был пиком деятельности первого в мире тактического соединения тяжёлых бомбардировщиков. В конце 1916 – первой половине 1917 годов шло активное перевооружение и переоснащение кораблей. За всю германскую кампанию из 51 боевого корабля, поступивших на фронт, воевало около 40 машин. Они совершили до 300 вылетов, сбросив около 3000 пудов бомб. Всего с 1913 по 1917 годы было построено по разным источникам от 87 до 103 самолётов.

После 1918 года «Илья Муромец» уже не выпускался, но оставшиеся после Первой Мировой и Гражданской войн самолёты ещё использовались. В январе 1920 года тяжёлый самолёт «Илья Муромец» начал совершать регулярные рейсы на внутренней авиалинии Сарапул — Екатеринбург — Сарапул. Также в 1920 году было совершено несколько вылетов в ходе Советско-польской войны и боевых действий против Врангеля. 1 мая 1921 года была открыта первая советская регулярная почтово-пассажирская авиалиния Москва – Орёл – Харьков, которая обслуживалась «Муромцами». Один из почтовых самолётов был передан школе авиации г. Серпухова, где на нём в течение 1922–1923 годов совершено около 80 учебных полётов. После этого «Муромцы» в воздух не поднимались.

Макет самолёта, хранящийся в музее, строился студентами и преподавателями Рижского института инженеров гражданской авиации (РИИГА) в 1978 г.

(февраль 2013)
в описании использованы материалы сайтов Авиационная энциклопедия «Уголок неба», История государства и museum.ru