El 27 de mayo de 1955 el primer prototipo del Caravelle (F-WHHH) realizó su vuelo inaugural, propulsado por dos reactores británicos Rolls-Royce RA-26 Avon Mk.522, capaces de proporcionar 4536 kgf de empuje unitario. El vuelo, con una duración total de 41 minutos, tuvo como tripulación a Pierre Nadot (capitán), André Moynot (primer oficial), Jean Avril (mecánico), André Préneron (operador de radio) y Roger Beteille.

Casi un año después, el 6 de mayo de 1956, el segundo prototipo realizó su primer vuelo. Para octubre de 1956, ambos prototipos habían acumulado más de 1000 horas de vuelo. A finales de 1956, los dos aviones habían visitado varios lugares de Europa y el norte de África; y ya se estaban realizando pruebas para Air France. Durante 1957, el segundo prototipo acumuló aproximadamente 2500 horas de vuelo en varios vuelos realizados por Norteamérica y Sudamérica.

En 1956 se primer pedido de Air France; le siguió Scandinavian Airlines System (SAS) en 1957. Durante 1956, SNCASE (Sud-Est) se fusionó con SNCASO (Sud-Ouest) y varios otros fabricantes para convertirse en Sud Aviation; sin embargo, se conservó la designación original SE. En mayo de 1959, el Caravelle recibió su certificación de aeronavegabilidad y el 26 de abril realizó su primer vuelo con pasajeros de pago a bordo con SAS, poco después comenzó a operar con Air France.

El 12 de octubre de 1951, el Comité du Matériel Civil publicó una especificación para un avión de mediano alcance, que posteriormente fue enviada a la industria aeronáutica por la Direction Technique et Industrielle. Esta exigía una aeronave capaz de transportar de 55 a 65 pasajeros y 1000 kg de carga en rutas de hasta 2000 km, con una velocidad de crucero de aproximadamente 600 km/h. No se especificó el tipo ni el número de motores.

La respuesta a la especificación de la industria francesa fue fuerte, se ha afirmado que cada fabricante importante presentó al menos una propuesta; finalmente se recibió un total de 20 diseños diferentes. Las propuestas de SNCASO incluyeron el S.O.60 con dos motores Rolls-Royce Avon RA.7, equipados con dos Turbomeca Marborés más pequeños como auxiliares. SNCASE también había presentado varios diseños, desde el X-200 hasta el X-210, todos ellos con propulsión pura a reacción.

El 28 de marzo de 1952, tras analizar las diversas propuestas, el Comité du Matériel Civil anunció la preselección de tres candidatos: el cuatrimotor Avon/Marbore SNCASO S.0.60, el proyecto bimotor Avon Hurel-Dubois y el trimotor Avon SNCASE X-210. Para entonces, el fabricante británico de motores Rolls-Royce ya había comenzado a ofrecer una nueva versión del Avon capaz de desarrollar 40 kN de empuje, lo que haría innecesarios los motores auxiliares del S.O.60 y el tercer motor del X-210. El Comité solicitó a SNCASE que volviera a presentar su propuesta del X-210 con un diseño de dos motores Avon.

SNCASE decidió no retirar los motores restantes de su posición trasera. Esto resultó ser beneficioso para el diseño, ya que el ruido en cabina se redujo considerablemente. En julio de 1952, el diseño revisado del X-210 con dos motores Avon se volvió a presentar a la Secretaría General de Aviación Civil y Comercial (SGACC).

Dos meses después, SNCASE recibió la notificación oficial de la aceptación de su diseño. El 6 de julio de 1953, la SGACC formalizó el pedido para la construcción de un par de prototipos, junto con un par de fuselajes estáticos para pruebas de fatiga. El diseño de SNCASE obtuvo la licencia de varias características del fuselaje de la compañía aeronáutica británica de Havilland, ya que ambas compañías ya habían mantenido acuerdos con respecto a varios diseños anteriores.

El morro y la disposición de la cabina se tomaron directamente del avión de reacción de Havilland Comet, mientras que el resto del avión fue diseñado localmente. Una característica distintiva del diseño eran las ventanas de la cabina en forma de triángulo curvo, que eran más pequeñas que las ventanas convencionales, pero ofrecían el mismo campo de visión hacia abajo.

El Caravelle fue un avión muy querido en España. En septiembre de 1960 Iberia firmó el contrato para la construcción de cuatro SE-210 Caravelle VI-R, que fueron entregados entre febrero y abril de 1962. Este pedido seria incrementado en varios lotes hasta sumar 13 aviones. A finales de 1966 llegaron otros siete Caravelle, pero de la serie 10R, con motores americanos P&W JT8D. Al final las compañías aéreas españolas Iberia, Aviaco, Hispania, TAE y Transeuropa utilizaron el birreactor francés.