Flight MT522, som flögs av libyska flygbolaget Medsky Airways, lämnade flygplatsen Mitiga i Tripoli och landade på Romflygplatsen Leonardo da Vinci-Fiumicino under lördagen.
Italien och andra länder i väst stoppade flyg från Libyen i samband med upproret 2011. I kaoset som följde splittrades landet i två rivaliserande styren. Italiens premiärminister Giorgia Meloni meddelade i juli att förbudet skulle lyftas.
Italien är intresserat av gas från oljerika Libyen, och har även hjälpt landets kustbevakning för att stoppa migranter från att ta sig över Medelhavet, något som fått skarp kritik från hjälp- och rättighetsorganisationer.
Oroligheterna till trots har Libyen haft direktflyg till länder som Egypten och Tunisien och andra länder i Mellanöstern genom åren.