Forskare i London skapade en konstgjord luftstrupe som sedan belagdas med stamceller från patienten.
Avgörande, tekniken behöver inte en donator, och det finns ingen risk för att organet avvisas. Kirurgerna stressar en luftstrupe kan också göras inom några dagar.
Den 36-åriga cancerpatienten mår bra en månad efter operationen.
Professor Paolo Macchiarini från Italien ledde den banbrytande operationen som ägde rum på Karolinska Universitetssjukhuset.
I en intervju med BBC sa han att han nu hoppas använda tekniken för att behandla ett nio månader gammalt barn i Korea som föddes med en missbildad luftstrupe eller luftstrupe.
Professor Macchiarini har redan 10 andra luftrörstransplantationer under bältet - framför allt världens första vävnadstekniska transplantat 2008 på 30-årig spansk kvinna Claudia Costillo - men alla krävde en donator.
Nyckeln till den senaste tekniken är att modellera en struktur eller ställning som är en exakt kopia av patientens egen luftstrupe, vilket tar bort behovet av ett givarorgan.
För att göra detta tog han hjälp av brittiska experter som fick 3D-skanningar av den 36-åriga afrikanska patienten Andemiam Teklesenbet Beyene. Geologistudenten bor för närvarande på Island där han studerar för doktorsexamen.
Med hjälp av dessa bilder kunde forskarna vid University College London tillverka en perfekt kopia av Mr Beyenes luftstrupe och två huvudbronchi av glas.
Detta flögs sedan till Sverige och genomdränktes i en stamcellslösning som togs från patientens benmärg.
Efter två dagar hade de miljontals hålen i den porösa luftstrupen såtts med patientens egen vävnad.
Dr Alex Seifalian och hans team använde denna ömtåliga struktur för att skapa en ersättare för patienten, vars egen luftstrupe härjades av en ooperabel tumör.
Trots aggressiv kemoterapi och strålbehandling hade cancern vuxit till samma storlek som en golfboll och blockerade hans andning. Utan en transplantation hade han dött.
Under en 12 timmars operation tog professor Macchiarini bort hela tumören och den sjuka luftstrupen och ersatte den med den skräddarsydda repliken.
Benmärgsceller och slemhinneceller som togs från hans näsa, som också implanterades under operationen, kunde dela sig och växa och förvandla den inerta luftstrupsställningen till ett organ som inte kunde skiljas från ett normalt friskt.
Och, vilket är viktigt, herr Beyenes kropp kommer att acceptera den som sin egen, vilket innebär att han inte kommer att behöva ta de starka anti-avstötande läkemedel som andra transplanterade patienter måste.
Professor Macchiarini sa att detta var det verkliga genombrottet.
"Tack vare nanotekniken, denna nya gren av regenerativ medicin, kan vi nu producera en skräddarsydd luftstrupe inom två dagar eller en vecka.
"Det här är en syntetisk luftstrupe. Det fina med det här är att du kan få det omedelbart. Det finns ingen fördröjning. Denna teknik är inte beroende av en mänsklig donation."
Han sa att många andra organ kunde repareras eller bytas ut på samma sätt.
En månad efter operationen ser mr Beyene fortfarande svag ut, men bra.
När han satt uppe i sin sjukhussäng, sade han: " Jag var mycket rädd, mycket rädd för operationen. Men det var levande eller dött."
Han säger att han ser fram emot att komma tillbaka till Island för att avsluta sina studier och sedan återvända till sitt hem i Eritrea där han kommer att återförenas med sin fru och unga familj, och träffa sitt nya tre månader gamla barn.
Han säger att han är evigt tacksam mot läkarteamet som har räddat hans liv.
Kirurger i Sverige har genomfört världens första syntetiska organtransplantation.