据空军司令部记载，第四联队的历史就是一幅中国战时地图。第四大队于1936年10月16日在杭州组建，同年12月移防武汉。日军推进后，该大队向西北方向的兰州进发，在那里驾驶苏联提供的伊-15和伊-16战斗机，于1941年保卫中国西北地区；1942年和1944年，其机组人员前往印度接收美国P-40和P-43战斗机。.

1948年12月，该部队奉命前往嘉义，并从那里支援在定海、衡阳和海南岛撤退的国民党军队。1953年1月14日，该部队正式组建为第四联队。该联队声称欧阳义峰上尉于1956年7月21日驾驶F-84G战斗机击落了两架米格-17战斗机；这是该联队的说法，没有找到中华人民共和国方面的记录。.

20世纪50年代，嘉义也是美军基地。英文维基百科引用台北空军基地历史网站的信息显示，1955年1月27日至2月17日以及7月1日至10月1日，驻扎在嘉义的有美军第67战斗轰炸机中队；1955年3月，驻扎在乌山的第310战斗轰炸机中队；1958年2月19日至3月1日，驻扎在嘉义的有肯塔基州空中国民警卫队。1955年至1968年间，驻冲绳的第51战斗机拦截机联队和第18战术战斗机联队的各中队每隔60至90天轮换驻扎嘉义。.

这些轮换行动早在 1979 年美国承认中华人民共和国之前就结束了。嘉义的民用功能始于 1976 年 5 月 19 日，当时空军基地的出发候机厅启用了嘉义机场，该机场至今仍与空军基地共用场地。.

台湾于1992年购入150架F-16A/B战斗机，并于1997年10月4日由第四联队下辖的第21、22和23中队开始装备该型战机；2004年11月1日，原第四和第十四大队合并为作战中队。根据耗资14100亿新台币的“凤凰涅槃”计划，这些F-16A/B战机被升级改造，达到F-16V标准，配备了新型雷达和计算机系统。.

2021年11月18日，蔡英文总统在嘉义空军基地为首个F-16V战斗机联队举行了服役仪式，该联队共装备64架改装后的战机。她对机组人员说：“无论遇到何种入侵，你们都可以立即起飞拦截并驱散他们。” 升级工作于2023年完成，嘉义和花莲空军基地目前共享F-16V机队。.

这项工作在公众视野下进行。2024年8月，该基地举办了开放日活动，展出了F-16V战斗机、幻影战斗机、黑鹰直升机、C-130运输机和一套爱国者导弹系统。2026年1月28日，第4联队与第795防空炮兵旅合作，对两架F-16V战斗机进行了快速周转演练，为其重新装填了AIM-120和AIM-9M导弹以及狙击手吊舱。.

嘉义空军基地在F-16V时代遭遇的最惨痛的一天发生在2022年1月11日，当时空军第四联队的一架F-16V战机在嘉义县西部海域坠入海中，机长陈毅不幸遇难。而就在不到两个月前，该联队才刚刚装备了这架新式F-16V战机。空军随即停飞了所有F-16战机；承包商昼夜不停地在海底进行疏浚作业，最终打捞出座舱和飞行记录仪，并进行了分析。2022年1月20日，四架F-16V战机从嘉义起飞，飞行任务恢复，但事故原因尚未查明。.

该基地也驻扎着空军救援队。英文维基百科显示，空军救援队驻扎于此，装备有S-70C、UH-60M和EC225直升机，这些机型是空军用于山地、海上和夜间救援的。一些小事故也记录在案：2021年9月23日，一架F-16V战斗机在嘉义空军基地进行飞行前检查时，起落架意外收起，原因是安全锁扣被移除，空军将此归咎于地勤人员的疏忽。.