Nel 1905 si ampliarono considerevolmente gli impianti e dal 1906 iniziava a produrre veicoli industriali e autobus; nel 1908 avviava la produzione industriale di motori d'aereo. Durante la guerra libica del 1911 vennero messi in produzione i primi veicoli militari da trasporto, che sarebbero stati forniti in grande quantità all'esercito dopo l'entrata dell'Italia nel conflitto mondiale. Proprio per far fronte allo sviluppo su larga scala dei volumi produttivi la Fiat iniziò la costruzione del famoso stabilimento produttivo denominato Lingotto nel 1916 e lo fece entrare in funzione nel 1923.
Nel frattempo era entrata nel settore siderurgico incorporando, nel 1917, le Ferriere piemontesi di Torino e Avigliana ed avviando la produzione di motori marini nell'apposito stabilimento Fiat grandi motori. Tra le due guerre venne ulteriormente ampliata la capacità produttiva con la costruzione del nuovo stabilimento di Mirafiori inaugurato nel 1939. Dopo un primo periodo di difficile sviluppo, segnato da diverse ricapitalizzazioni e da modifiche nella composizione del capitale azionario, la proprietà della casa automobilistica viene assunta quasi integralmente da Giovanni Agnelli, che diventerà senatore durante il Fascismo e resterà a capo dell'azienda sino al termine della seconda guerra mondiale.
Dopo aver rischiato di perdere la proprietà dell'azienda per la propria compromissione con il regime fascista, Agnelli passa il comando a Valletta, essendo l'unico figlio maschio, Edoardo, morto in un incidente aereo. Gianni Agnelli, figlio di Edoardo, divenne presidente della Fiat nel 1966 e lo rimase fino al compimento del 75° compleanno, quando le norme statutarie lo obbligarono a cedere la presidenza. La carica viene assunta prima (1996) dall'ex amministratore delegato Cesare Romiti e poi (1998) da Paolo Fresco, un dirigente genovese che per molti anni ha lavorato alla General Electric negli USA.
Il 24 gennaio 2003 muore Giovanni Agnelli, l'uomo che per quasi mezzo secolo aveva guidato la Fiat, e a fine febbraio Umberto Agnelli assume la presidenza del Gruppo. Per fronteggiare la crisi, la Fiat ridisegna il proprio perimetro industriale e si focalizza sulle attività automotoristiche, cedendo alcuni settori di attività non strategici. Toro Assicurazioni e Fiat Avio escono dal perimetro del Gruppo e Teksid cede la Business Unit Alluminio. Nello stesso anno, Iveco acquisisce il pieno controllo di Irisbus, società specializzata nei veicoli per il trasporto urbano e interurbano, e Magneti Marelli quello di Automotive Lighting. Il 27 maggio muore Umberto Agnelli e ai vertici del Gruppo vengono nominati Presidente Luca Cordero di Montezemolo, vice presidente John Elkann e amministratore delegato Sergio Marchionne. Grazie a un rigoroso intervento di contenimento dei costi e di rilancio industriale, alla fine dell'esercizio i conti rivedono il pareggio operativo.
Il 2005 è l'anno della svolta. Risolte le principali questioni strategiche e finanziarie - tra cui lo scioglimento del Master Agreement con General Motors, in seguito al quale il settore Automobili riconquista la libertà strategica di stringere nuovi accordi mirati - e avviata una decisa razionalizzazione dei processi in tutto il Gruppo e particolarmente nel settore Automobili, Fiat Group ritorna all'utile. Nel 2005 fa il suo esordio anche il nuovo marchio del Gruppo Fiat: il quadrato argenteo con l'indicazione FIAT GROUP sostituisce lo storico logo a rombi inclinati. Sul piano societario, la proprietà di Maserati passa da Ferrari a Fiat Spa. Il 2006 segna per Fiat la conclusione del turnaround e l'inizio di una nuova fase di crescita. La crescita continua con brillanti performance l'anno successivo. Nel 2007, infatti, Fiat Auto, che da febbraio ha preso il nome di Fiat Group Automobiles, arricchisce la sua gamma con modelli chiave che ne determineranno il crescente successo sul mercato.
Il 2008 è per Fiat un anno a due facce: la brillante performance registrata da tutte le attività nei primi nove mesi, infatti, è interrotta dal diffuso calo del quarto trimestre, causato da un repentino mutamento del quadro economico. La grave crisi economica e finanziaria che si affaccia è grave e globale. L'Azienda, tuttavia, continua a lavorare con grande intensità per ringiovanire la gamma dei prodotti, migliorare i processi industriali, rafforzare l'immagine dei suoi marchi e accelerare l'espansione internazionale. Nel 2009 Fiat stringe alleanza con Chrysler LLC. Fiat entra nel capitale della società americana. In cambio, fornirà a Chrysler tecnologie tra le più innovative e avanzate al mondo, oltre che piattaforme e propulsori per vetture piccole e medie. Chrysler potrà così offrire una più ampia gamma di prodotti, comprese vetture a basso impatto ambientale, sempre più richieste dal mercato. L'alleanza permetterà, inoltre, al Gruppo Fiat e Chrysler di trarre beneficio dalle rispettive reti commerciali e industriali e dai rispettivi fornitori globali.