As sete crianças acompanhadas embarcaram num avião que descolou de Sanaa com destino a Amã, capital da Jordânia.
Desde 2016 que o aeroporto de Sanaa está fechado para voos comerciais.
"Este é um dia muito importante. É o primeiro voo de transporte aéreo médico. São pacientes que sofrem de doenças que não podem ser tratadas no Iémen e serão levados para a Jordânia", declarou Lise Grande, coordenadora da ONU no Iémen, aos jornalistas.
O conflito no Iémen, o país mais pobre da Península Arábica, provocou a pior crise humanitária do mundo, segundo as Nações Unidas.
A guerra opõe os rebeldes Huthis, apoiados pelo Irão, que assumiram o controlo da capital Sanaa em 2014, contra as forças do Governo apoiados por uma coligação militar liderada pela Arábia Saudita.
Em novembro, a coligação sob o comando saudita, que controla o espaço aéreo do Iémen, anunciou que os pacientes que necessitam de cuidados médicos seriam autorizados a sair do aeroporto de Sanaa.
No mês passado, o enviado especial da ONU, Martin Griffiths, indicou que 30 pacientes iemenitas seriam retirados para receber "cuidados médicos não disponíveis no Iémen".
De acordo com várias organizações humanitárias, a guerra no Iémen provocou dezenas de milhares de mortes, principalmente civis, desde a intervenção em 2015 de Riade e a sua coligação.
Cerca de 3,3 milhões de pessoas ainda estão deslocadas e 24,1 milhões, mais de dois terços da população, precisam de apoio, referiu a ONU.