En la primavera de 1999, durante la gira «Theater of Salvation» de Edguy, Tobias Sammet comenzó a esbozar sus ideas para un álbum conceptual de ópera metal en el que participarían varios músicos invitados. Cuando terminó la gira, comenzó a colaborar con vocalistas de metal como Michael Kiske, Andre Matos, Kai Hansen, Rob Rock, David Defeis, Sharon den Adel, Bob Catley y Oliver Hartmann para grabar el proyecto. En esa etapa, la banda principal estaba formada por cuatro miembros: Sammet en los teclados, Henjo Richter en la guitarra, Markus Grosskopf en el bajo y Alex Holzwarth en la batería. En 2001, se lanzaron un sencillo homónimo y el primer álbum completo, The Metal Opera. El proyecto entró en un período de inactividad tras el lanzamiento de The Metal Opera Part II en septiembre de 2002.

A finales de 2006, Sammet confirmó los rumores sobre un tercer álbum de Avantasia, cuyo lanzamiento estaba previsto para 2008. El 19 de noviembre de 2007 se lanzaron dos EP titulados Lost in Space Part 1 y Part 2, mientras que el álbum completo, The Scarecrow, salió a la venta el 25 de enero de 2008. The Scarecrow marcó el primer capítulo del concepto «The Wicked Trilogy» y fue también el primero de muchos lanzamientos de Avantasia en los que Sascha Paeth asumió el papel de guitarrista principal y productor. El álbum contó con la participación de artistas invitados como el baterista Eric Singer, los guitarristas Henjo Richter y Rudolf Schenker, y los cantantes Jørn Lande, Michael Kiske, Bob Catley, Alice Cooper, Roy Khan, Amanda Somerville y Oliver Hartmann.

Tras el lanzamiento de The Scarecrow, Tobias Sammet fue invitado a dar un concierto como cabeza de cartel en el Wacken Open Air, una oferta que el productor y guitarrista Sascha Paeth lo convenció de aceptar. Esto dio lugar a 13 conciertos entre el 5 de julio y el 13 de agosto. Los conciertos en el Masters of Rock y el Wacken Open Air fueron grabados, y el DVD en vivo The Flying Opera, basado en esas grabaciones, se lanzó en marzo de 2011. La formación para la breve gira estuvo compuesta por Tobias Sammet, Andre Matos, Jørn Lande, Kai Hansen, Bob Catley, Amanda Somerville, Cloudy Yang, Sascha Paeth, Oliver Hartmann, Robert Hunecke, Miro y Felix Bohnke (Edguy).

En noviembre de 2009, Sammet anunció que estaba grabando dos nuevos álbumes, The Wicked Symphony y Angel of Babylon, que se lanzarían el 3 de abril de 2010. El concepto de los álbumes era una continuación de la historia de The Scarecrow y, a menudo, a estos tres álbumes juntos se les conoce como «The Wicked Trilogy». Entre los invitados especiales se encontraban los bateristas Eric Singer, Alex Holzwarth y Felix Bohnke; los guitarristas Bruce Kulick y Oliver Hartmann; el teclista Jens Johansson; y los vocalistas Jørn Lande, Russell Allen, Michael Kiske, Bob Catley, Klaus Meine, Tim «Ripper» Owens, Jon Oliva, Andre Matos, Cloudy Yang y Ralf Zdiarstek. The Scarecrow, The Wicked Symphony y Angel of Babylon han alcanzado altas posiciones en diversas listas de éxitos internacionales.

En diciembre de 2010 se llevó a cabo una gira de 12 conciertos por Europa, Sudamérica y Asia, con la excepción de un concierto en el festival Wacken Open Air en agosto de 2011. Los conciertos duraron casi tres horas y muchos de ellos agotaron sus entradas días antes. La formación era prácticamente la misma que en la gira «The Scarecrow Tour» de 2008, con dos cambios. Andre Matos fue reemplazado por Michael Kiske, exvocalista de Helloween y actual vocalista de Unisonic (dado que Kai Hansen también participó en esta gira, hubo muchas ocasiones en las que los dos exmiembros de Helloween compartieron el mismo escenario), y Cloudy Yang no formó parte de la alineación.

Amanda Somerville documentó minuciosamente ambas giras en su canal de YouTube. Los videos muestran diversos momentos interesantes detrás de cámaras, como ensayos, vuelos cancelados o al grupo viajando en un tren de servicio regular.

En diciembre de 2012 se reveló en el sitio web de Avantasia, de Sammet, que el nuevo álbum se titularía The Mystery of Time y que su lanzamiento estaba previsto para el 30 de marzo de 2013. The Mystery of Time marcó el inicio de un nuevo concepto y fue el primer lanzamiento de Avantasia en el que participó la Orquesta Alemana de Cine de Babelsberg. El álbum contó con la participación especial del baterista Russell Gilbrook y los guitarristas Bruce Kulick, Oliver Hartmann y Arjen Anthony Lucassen, mientras que los vocalistas invitados fueron Joe Lynn Turner, Biff Byford, Michael Kiske, Ronnie Atkins, Eric Martin, Bob Catley y Cloudy Yang. The Mystery Of Time alcanzó altas posiciones en varias listas de éxitos internacionales e incluso permitió que el proyecto ingresara por primera vez a las listas de Billboard de EE. UU.

La segunda gira mundial más grande de Avantasia se llevó a cabo entre abril y agosto de 2013. La gira consistió en 30 conciertos e incluyó 7 presentaciones como cabeza de cartel en festivales de Europa, una actuación en un festival de Canadá y espectáculos de tres horas de duración en Sudamérica, Japón, Rusia, Alemania, Suiza, Italia y Holanda. La formación para la gira estuvo compuesta por los vocalistas Tobias Sammet, Michael Kiske, Ronnie Atkins, Eric Martin, Bob Catley, Thomas Rettke y Amanda Somerville, y los músicos Sascha Paeth, Oliver Hartmann, Miro, Andre Neygenfind y Felix Bohnke.

Cuando faltaban dos conciertos para el final de la gira, Sammet ofreció una conferencia de prensa en la que anunció que Avantasia sería cabeza de cartel en el Festival Wacken Open Air de 2014. También indicó que este sería un concierto de despedida, ya que no se planeaban más actividades de Avantasia en el futuro cercano:

No habrá más actividades de Avantasia, será solo un único show. Quizás regrese con una idea y la ponga en práctica en algún momento en un futuro lejano; no diré que esta despedida sea para siempre esta vez, pero no tengo ni idea de cuándo ni dónde ni quién podría unirse a nosotros, ni cómo sonaría ni se vería, si es que alguna vez volviéramos a hacer esto dentro de un par de años. Así que consigan sus boletos para el Wacken 2014, porque será su última oportunidad de vernos, si no para siempre, al menos por unos años. Nos vemos, T

En una entrevista de mayo de 2014 sobre el entonces último lanzamiento de Edguy, Space Police: Defenders of the Crown, Sammet dijo que The Mystery of Time insinuaba una posible secuela. El nuevo álbum, titulado Ghostlights, salió a la venta el 29 de enero de 2016 y contó con la participación de los guitarristas Bruce Kulick y Oliver Hartmann, mientras que los vocalistas invitados fueron Jørn Lande, Michael Kiske, Dee Snider, Geoff Tate, Marko Hietala, Ronnie Atkins, Sharon den Adel, Bob Catley, Robert Mason y Herbie Langhans. Ghostlights alcanzó las posiciones más altas de cualquier lanzamiento de Avantasia en varias listas de éxitos internacionales e incluso permitió a Avantasia ingresar por segunda vez en las listas de Billboard de EE. UU.

La «gira mundial más grande hasta la fecha» se llevó a cabo entre marzo y agosto de 2016. Según el sitio web de Avantasia, consistió en aproximadamente 40 conciertos en Europa, Norteamérica, Sudamérica, Canadá, Japón, Rusia y Escandinavia. Excluyendo las ocho presentaciones como cabeza de cartel en festivales de verano europeos, cada concierto duró más de tres horas. La formación fue prácticamente la misma que en la gira anterior, con la incorporación de Jørn Lande y Herbie Langhans. Al igual que hizo tras anunciar la presentación en Wacken de 2014, Sammet volvió a insinuar que la gira mundial Ghostlights podría ser la última actividad del proyecto en mucho tiempo:

Tras finalizar la gira, Avantasia fue cabeza de cartel tanto en el Wacken Open Air como en el Rockfest de Barcelona durante el verano de 2017.

En marzo de 2018, Sammet publicó una foto en su Facebook anunciando que había comenzado el proceso creativo del octavo álbum de Avantasia.

El 10 de octubre, Nuclear Blast anunció oficialmente que el nuevo álbum, Moonglow, se lanzaría el 15 de febrero de 2019 y contaría con la participación de Jørn Lande, Geoff Tate, Ronnie Atkins, Hansi Kürsch, Bob Catley, Michael Kiske, Candice Night, Eric Martin y Mille Petrozza como vocalistas invitados. Posteriormente, el álbum fue acompañado por la gira Moonglow World Tour 2019, que consistió en 29 conciertos en Europa, Australia, Estados Unidos y Sudamérica, realizados entre marzo y junio de 2019.

En marzo de 2020, Tobias publicó que estaba a punto de comenzar a trabajar en el álbum sucesor de Moonglow. La composición del nuevo álbum se llevó a cabo a lo largo de 2020 y 2021. El álbum se lanzó el 21 de octubre de 2022 bajo el título A Paranormal Evening with the Moonflower Society y contó con la participación de Floor Jansen, Jørn Lande, Michael Kiske, Ralf Scheepers, Bob Catley, Geoff Tate, Eric Martin y Ronnie Atkins como vocalistas invitados.

En julio de 2024, Sammet anunció el décimo álbum de estudio de Avantasia, Here Be Dragons, junto con una gira de presentación. El álbum salió a la venta el 28 de febrero de 2025 y contó con la participación de Geoff Tate, Michael Kiske, Bob Catley, Ronnie Atkins, Roy Khan, Tommy Karevik, Kenny Leckremo y Adrienne Cowan como vocalistas invitados.