马勒姆机场始建于1916年8月，最初是英国皇家飞行队的夜间着陆场。同年9月，第51中队进驻该机场，执行本土防御巡逻任务，拦截齐柏林飞艇。该机场于1919年关闭。现今的机场于1935年开始建设，并于1937年4月1日正式启用，成为两个重型轰炸机中队的基地。最初，他们使用费尔雷·亨顿和汉德利·佩奇·哈罗轰炸机，从1939年开始使用维克斯·威灵顿轰炸机。1942年，机场进行了扩建，肖特·斯特林和德哈维兰·蚊式轰炸机也加入了威灵顿轰炸机的行列。.

蚊式轰炸机于1942年9月29日抵达柏林，当时第105中队从霍舍姆圣费斯基地调入。随后第139中队也加入其中，这两个隶属于第2轰炸大队的中队共用飞机。1942年12月6日，两个中队都参与了’牡蛎行动”，即对埃因霍温飞利浦工厂的白昼空袭。1943年1月30日上午11点，就在戈林即将发表讲话之际，第105中队的三个机组轰炸了柏林广播大楼。当天下午，第139中队的第二波轰炸也随之展开。这两个蚊式轰炸机中队于1943年6月1日加入了“探路者”轻型夜间打击部队。.

1944年，马勒姆机场关闭，以便修建三条混凝土跑道和新的分散跑道。主跑道长9000英尺，远远超过战时标准跑道长度。英国皇家空军马勒姆航空遗产中心称马勒姆是四个“超重型轰炸机”机场之一。另一些资料则认为，根据扩建计划修建的机场数量为两个，另一个是斯库尔索普机场。20世纪40年代末，新跑道迎来了美国空军的B-29超级堡垒轰炸机和B-50轰炸机，其中包括用于“红宝石计划”试验的飞机。.

20世纪50年代初，马勒姆空军基地装备了英国电气公司的堪培拉轰炸机，并建造了一个专门用于存放原子弹的武器库。V型轰炸机部队于1956年抵达。第214中队于1月21日重组，装备维克斯勇士式轰炸机；第207中队于4月1日重组；第148中队于7月1日重组。同年4月，包括尼基塔·赫鲁晓夫、布尔加宁元帅和设计师安·图波列夫在内的苏联代表团访问了该基地。9月和10月，这三个勇士式轰炸机中队部署到马耳他卢卡，参与苏伊士运河战争，并于11月和12月返回。.

自1957年起，“勇士”战斗机开始承担核威慑任务，同年选定的基地徽章是一头蓝色公牛，其座右铭为“威慑”（Deter）。马勒姆空军基地也成为英国皇家空军空中加油的基地。“勇士”战斗机之间的加油试验于1957年开始，第214中队担任试验单位直至1960年5月。该中队创下的飞行纪录包括从马勒姆飞往内罗毕（4350英里，耗时7小时40分钟）和从马勒姆飞往樟宜（8110英里，耗时15小时35分钟）。1962年4月，第214中队正式转为空中加油部队。.

第49中队于1961年6月26日加入三个勇士战斗机中队。该中队带来了XD818号勇士战斗机，这架飞机曾在1957年投下了英国第一枚实弹氢弹。勇士战斗机的时代戛然而止。机翼翼梁被发现存在金属疲劳问题，1964年12月11日，所有勇士战斗机全部停飞。该机型于1965年1月底退役，四个中队也于1965年2月至5月间解散。XD818号飞机一直留在基地，直到1982年被送往英国皇家空军博物馆。.

汉德利·佩奇“胜利者”加油机取代了“勇士”加油机。第55中队于1965年5月24日抵达，装备了六架“胜利者”BK1A加油机；同年12月，第57中队也抵达了该基地。1966年7月1日，第214中队重组，装备了三点式加油机。该基地还设有空中加油学校，并从1970年5月起设立了第232作战转换部队，该部队到1974年7月已将超过1400名机组人员改装为“胜利者”Mk1型加油机飞行员。到1976年6月，这两个中队和转换部队都已换装了“胜利者”K2型加油机。.

1982年4月，维克托轰炸机部署至阿森松岛，参与福克兰群岛战争。资料显示，该部队规模为14至17架：帝国战争博物馆记载，该部队由第55和第57中队的17架飞机组成；而其他统计则显示，到4月底，阿森松岛上有14架维克托轰炸机。在4月30日至5月1日期间，英国皇家空军博物馆的计划显示，黑鹿行动1号共执行了18次加油任务。其他记录则显示，维克托轰炸机执行了15次任务，并进行了18次空中加油。维克托XH672号作为领头加油机，代号“红一”。.

胜利者加油机也执行海上雷达侦察任务，并为猎迷、大力神、鹞式和鬼怪式战斗机进行空中加油。在1991年的海湾战争中，驻扎在马勒姆空军基地的胜利者加油机从巴林穆哈拉克起飞作战。涂装为“玛丽安少女”号的XH672号加油机以52次任务的成绩成为战绩最佳的加油机。第55中队是最后一支装备胜利者加油机的部队，于1993年10月15日在马勒姆空军基地解散。胜利者加油机的最后一次正式飞行是在1993年11月30日，目的地是英国皇家空军肖伯里基地。.

24座加固型飞机掩体的建造工作始于1977年，首架“旋风”GR1战斗机于1982年抵达。第617中队重组，成为马勒姆空军基地首个“旋风”战斗机部队。英国皇家空军的中队历史记录将此事件归于1982年，而其他一些资料则将重组日期定为1983年1月1日。随后，第27中队也加入了该基地。堪培拉轰炸机与“旋风”战斗机一同服役：第100中队一直服役到1982年，而堪培拉侦察机则一直服役到2006年。.

1990年，旋风战斗机部署至海湾地区，参与格兰比行动。60架GR1型旋风战斗机从沙特阿拉伯和巴林起飞，第617中队参与了此次行动。1991年1月17日晚，行动第一晚，驻扎在马勒姆空军基地的第27中队指挥官奈杰尔·埃尔斯顿中校和飞行中尉马克斯·科利尔被击落身亡。到2003年，第IX（B）中队已从马勒姆空军基地换装旋风GR4型战斗机。2011年3月19日至20日，该中队的战机执行了埃拉米行动，往返飞行3000英里，使用“风暴阴影”导弹打击利比亚。.

自2014年起，驻扎在马勒姆空军基地的“旋风”战斗机从塞浦路斯阿克罗蒂里皇家空军基地起飞，参与了“沙德行动”，在伊拉克和叙利亚上空打击“伊斯兰国”（Daesh）。经过四年半的持续部署，这支部队于2019年2月5日返回马勒姆基地，英国皇家空军于2019年3月底正式退役了“旋风”战斗机。马勒姆基地同时也是“旋风”战斗机的工程基地。根据“旋风”战斗机可用性合同，英国航空航天系统公司（BAE Systems）在该基地运营着一个集维护和升级于一体的设施。.

2013年，马勒姆空军基地被指定为英国F-35B“闪电”战斗机的唯一作战基地。关于该基地建设项目的公开数据各不相同。2015年政府的一份公告称，该项目耗资超过3亿英镑；其他报道则指出为2.5亿英镑；而“铁砧计划”（Project Anvil）的工程预算则高达5亿英镑。2017年6月，一份价值1.35亿英镑的合同签订，用于建造一座可容纳12架F-35B战斗机的机库、跑道翻新工程以及垂直起降平台。2017年9月，主跑道因翻新工程而关闭了三周。.

这支部队由英国皇家空军和皇家海军联合组建。第617中队是皇家空军的一线作战部队，第207中队是两军飞行员的联合训练部队。第809海军航空中队是皇家海军的一个中队。该中队于2023年12月5日在马勒姆重新服役，成为第二个F-35B一线作战中队。皇家空军表示，该中队的人员由两军平均分配。“闪电”部队总部也位于马勒姆，负责整个项目的运作。.

国家审计署在2025年的报告中指出，训练中心（耗资8100万英镑）、维护和精修设施（耗资9400万英镑）以及“闪电”战斗机作战中心（耗资2900万英镑）均已投入使用。其他项目则有所延期。一座耗资1.51亿英镑的签名评估设施原计划于2021年启用，但预计要到2030年代才能建成；公共账目委员会给出的时间表是2032年。809海军航空中队目前仍在临时搭建的营房内办公，其永久设施预计将于2029年建成。相关人员向公共账目委员会反映，该基地的住宿条件“十分简陋”。.

F-35B战斗机从诺福克基地起飞，但专为航母作战而设计。2020年6月，英国皇家空军第617中队首次将作战型F-35B战斗机部署到“伊丽莎白女王”号航空母舰上。同年9月，该中队再次登上该航母，为第21航母打击群的部署做准备，这也是该航母的首次作战部署。2021年6月23日，该航母搭载了18架英国皇家空军和美国海军陆战队的F-35B战斗机，并执行了首次作战任务，打击“伊斯兰国”（Daesh）。.

该航母舰载机联队指挥官、英国皇家海军上校詹姆斯·布莱克莫尔表示，这是皇家海军自十年前利比亚战争以来首次重返海上打击行动。他还表示，这是自1943年“胜利”号航母以来，美国飞机首次从外国航母上执行作战任务。此次部署也造成了损失。2021年11月17日，英国皇家海军第617中队的一架F-35B战斗机在“伊丽莎白女王”号航母起飞时坠毁，原因是发动机进气口盖未盖好。.

2025年，英国皇家海军第809航空中队和第617中队随“威尔士亲王”号航空母舰执行“高桅行动”，在地中海、中东和印太地区进行了为期八个月的部署。2025年11月，舰上搭载了24架英国F-35B战斗机，创下该级战机的纪录。11月17日，英国皇家海军宣布航母打击能力全面恢复。国家审计署指出，为实现这一目标，航母需要从训练中队借调飞机和人员。.