Кинокартина стала лауреатом первой премии Международного кинофестиваля фильмов об авиации и аэронавтике в Довиле (1963). Общее количество зрителей составило 17 100 000 человек.
В конце 40-х годов 20 века молодой и способный лётчик-испытатель Алексей Колчин (Николай Рыбников) получает важное задание: поднять в воздух первый истребитель, который сконструировали в Советском Союзе, и найти его недостатки. Первые испытания прошли хорошо, но самолёт требует модернизации. В процессе работы у истребителя взрывается двигатель, Алексей погибает. Отважный лётчик успевает записать на плёнку свои рекомендации. Друг Алексея, Сергей Шаров (Владимир Седов), изучив записи, решается на вторую попытку и доводит испытания самолёта до конца[1].
Сюжет картины повторён в повести Анатолия Аграновского «Открытые глаза», которая вышла в свет одновременно с фильмом.
Фильм базируется на реальной истории создания самолёта МиГ-9. В фильме снимался единственный оставшийся на тот момент в СССР (остальные были переданы в Китай) самолёт МиГ-9ФС, восстановленный до лётного состояния в КБ «МиГ». В настоящее время самолёт находится в Центральном музее ВВС в Монино[4][3].
Зрители на сайтах отзывов пишет: Без всякого преувеличения один из лучших фильмов о лётчиках-испытателях. Крайне удачной считаю манеру подачи материала: с остановками, возвратами, паузами, закадровыми размышлениями, — всё то, что позднее станет «визитной карточкой» Татьяны Михайловны Лиозновой в её работе на все времена — «Семнадцать мгновений весны» (1973). «Им покоряется небо» производит крайне приятное впечатление неспешностью развития сюжета, умиротворяющей обстановкой. Но главное — людьми — честными, искренними, одухотворёнными и самоотверженными"[5]; «Комбинируя различные художественные подходы от науч-попа, до лиричности Лиознова ведёт, почти документальный в своей технической точности рассказ о создании самолёта, предрекая в данном фильме и стиль студии „Крылья России“, и телепередачи с разыгрыванием актёрами исторических событий, да и собственно вполне обоснованно делая „заявку“ на „17 мгновений…“, ведь стиль повествования в последнем очень схож с данным фильмом»[6].