В 1936 году Министерство Авиации Италии (Ministero dell'Aeronautica) объявило программу развития ВВС Италии, получившую название Program R. Согласно этой программе требовалось 3000 новых истребителей (Caccia da Combattimento), которые бы могли заменить в течении 1939-40 годов устаревшие истребители FIAT CR.32 Freccia и CR.42 Falco. В конкурсе на создание истребителей по этой программе участвовали Macchi MC-200 Saetta, Caproni-Vizzola F-4 и F-5, IMAM-Romeo Ro.51, FIAT G-50 Freccia, Reggiane Re-2000 Falco и Umbra AUT.18.
Истребитель Ro.51 начал разрабатываться в 1936 г. в рамках этой программы. Главным критерием было получение максимальной скорости полёта, которая не должна была быть ниже 450 км\ч. Под руководством инженера Джованни Галассо конструкторский коллектив фирмы I.M.A.M. начал работу над достаточно современным истребителем, который позднее получил название Ro.51. Согласно проекту самолёт имел смешанную конструкцию с металлическим фюзеляжем и деревянным однолонжеронным крылом. Наружные поверхности соответственно обшивались тонкими дюралевыми листами и фанерой. Кабина пилота, хотя и не была приподнята как у Fiat G.50 или Macchi MC.200, но тоже обеспечивала хороший обзор благодаря большой площади остекления и продуманной компоновке. На истребителе устанавливался мотор Fiat А.74 RC.38 мощностью 840 л.с. обещавший разогнать машину до 500 км\ч. Единственным недостатком Ro.51 было его неубираемое шасси в обтекателях, из-за которых он омел некоторое сходство с японским Nakajima Ki.27.
Рассмотрев поступившие предложения техническая комиссия ВВС сочла необходимым начать постройку двух опытных экземпляров Ro.51 (ММ.338 и ММ.339), контракт на которых был оформлен 29 мая 1937 г. Сборка первого прототипа была завершена довольно быстро, так что летом того же года он совершил первый полёт поднявшись в воздух с аэродрома Наполи-Каподичино. В июле прототип передали на испытания в Гвидонию, где после нескольких полётов выявились недостатки в конструкции и в управлении истребителя. Самолёт вернули фирме для доработок, в ходе которых было установлено убираемое шасси и увеличено вертикальное оперение. Но и здесь не обошлось без проблем. Дело в том, что крыло Ro.51 не было рассчитано на ниши для шасси и в итоге пришлось для стоек делать обтекатели, а колеса получились полуубираемыми. Это давало положительный эффект при вынужденной посадке, но в полёте "съедало" часть скорости. При повторных тестах улучшенный Ro.51 показал скорость 489 км\ч на уровне остальных конкурентов, однако все те же нерешенные проблемы с управляемостью не позволили начать серийное производство истребителя.
Второй прототип поступил на испытания 20 декабря 1938 г., когда ВВС уже сделали свой выбор в пользу истребителей фирм Fiat и Macchi. Пытаясь продлить жизнь Ro.51 инженеры предложили вариант гидроистребителя, который мог бы заменить морально устаревшие бипланы Ro.44. Для этого со второго прототипа сняли шасси и установили на поплавки, в остальном конструкция осталась практически без изменений. В любом случае поплавковый Ro.51 имел немало шансов на успех благодаря неплохим скоростным данным, однако в процессе испытаний выявился один существенный дефект - внешние поплавки очень сильно погружались в воду при посадке и рулении, что в конечном итоге привело к гибели опытного образца и закрытию всей программы. Больше к теме модернизации Ro.51 не возвращались, в 1941 году утилизировав первый сохранившийся прототип.