厚木海军基地由日本帝国海军于1938年建造，到1945年，这里驻扎着第302海军航空大队，负责保卫东京地区免受美国轰炸机的袭击。维基百科的厚木条目声称该大队击落了300多架轰炸机；但其他参考资料并不支持这一数字，因此应将其视为一种说法，而非事实。该大队的夜间战斗机包括中岛J1N，维基百科称其对付B-24和B-17轰炸机的效果优于对付B-29轰炸机。.

1945年8月15日，裕仁天皇宣布投降时，该部队指挥官小园安砂大佐拒绝接受。他的飞行员印制传单，并在关东地区空投，呼吁战斗到底。这场叛乱仅持续了几天：33名飞行员离开基地，日本海军逮捕了小园安砂和其他69人。小园安砂因违抗命令被军事法庭审判，被判处终身监禁，后减刑20年，最终减刑10年；他于1950年12月获得假释，并于1952年获得特赦。.

1945年8月28日，一支美国先遣队在厚木机场登陆。8月30日，道格拉斯·麦克阿瑟将军在此走下飞机，正式接管被占领的日本。美国陆军航空兵部队一直使用该机场直至1946年初。1950年，海军工兵部队对其进行了重建，并于同年12月重新开放，成为海军航空站，恰逢朝鲜战争爆发。.

冷战期间，厚木是美国海军在日本的主要空军基地，为在朝鲜和越南作战的航母提供支援。U-2侦察机至少从1957年起就在此起降。李·哈维·奥斯瓦尔德于1957年9月至1958年11月期间，在海军陆战队第一空中管制中队担任雷达操作员。美军的存在也带来了悲剧：1977年9月27日，一架从厚木基地起飞的海军陆战队RF-4B“鬼怪”侦察机坠毁在横滨市的一个居民区，造成两名幼童死亡，五年后，他们的母亲也不幸遇难。.

1971年6月25日，日本海上自卫队第四航空联队的一个分遣队抵达厚木。1973年，日本海军航空兵将总部从下房迁至此处。此后，该机场一直与美国海军共用；美国人称之为厚木海军航空设施。.

第四航空联队第三中队成立于1962年，最初装备九架P2V-7“海王星”反潜巡逻机，1974年接收了P-2J反潜巡逻机，1984年接收了P-3C反潜巡逻机。该联队于1983年3月30日组建了海上自卫队首个P-3C反潜巡逻机部队——第六中队，并于2009年5月28日将首批两架P-3C派往吉布提执行反海盗巡逻任务。川崎P-1反潜巡逻机于2015年3月23日抵达，最后一架P-3C于2017年8月29日离开，至此，第三中队成为首个全部装备P-1反潜巡逻机的作战中队。.

2017-2018年，美军第五舰载航空联队的固定翼飞机中队迁至岩国，美方基地只剩下直升机，双方力量对比再次发生变化。此后，日本海上自卫队的P-1反潜巡逻机成为厚木基地的主力固定翼飞机。.

厚木市位于人口密集的城区，其周边居民几十年来一直在法庭上与市政府抗争。维基百科记载，2002年横滨地方法院判决市政府赔偿27.5亿日元，2006年东京高等法院判决4865名居民赔偿40.4亿日元，2014年横滨地方法院判决赔偿70亿日元，2015年东京高等法院判决约6900名居民赔偿约94亿日元。2016年，最高法院维持了赔偿判决，但推翻了下级法院禁止自卫队飞机夜间飞行的禁令。2017年，超过6063名居民提起了第五起诉讼。.

抗议活动比诉讼历史更悠久：1988年7月，约两万人组成人链，环绕基地抗议夜间航母起降训练。噪音主要来自美国航母舰载机，因此，舰载机迁往岩国不仅对海军意义重大，对当地居民也同样重要。.