Atsugi byl postaven Císařským námořnictvem v roce 1938 a do roku 1945 zde sídlila 302. námořní letecká skupina pověřená obranou oblasti Tokia před americkými bombardéry. Článek o Atsugi na Wikipedii tvrdí, že skupina sestřelila více než 300 bombardérů; toto číslo není podpořeno jinými konzultovanými zdroji a mělo by být považováno za tvrzení, nikoli za fakt. Mezi její noční stíhačky patřil Nakajima J1N, který Wikipedie popisuje jako účinnější proti bombardérům B-24 a B-17 než proti bombardérům B-29.

Když císař Hirohito 15. srpna 1945 vyhlásil kapitulaci, velitel skupiny, kapitán Jasuna Kozono, ji odmítl přijmout. Jeho letci vytiskli letáky a shazovali je nad oblastí Kantó, v nichž vyzývali k vedení války až do konce. Vzpoura trvala jen několik dní: základnu opustilo 33 pilotů a císařské námořnictvo Kozona a 69 dalších zatklo. Kozono byl postaven před vojenský soud za neuposlechnutí rozkazů a odsouzen k doživotnímu vězení, zkrácenému na 20 a poté na 10 let; v prosinci 1950 byl podmínečně propuštěn a v roce 1952 amnestován.

Americká předsunutá skupina přistála v Atsugi 28. srpna 1945 a 30. srpna zde generál Douglas MacArthur sestoupil ze svého letadla, aby se ujal velení nad okupovaným Japonskem. Jednotky amerického armádního letectva využívaly letiště až do začátku roku 1946. Společnost Navy Seabees jej v roce 1950 přestavěla a v prosinci 1950, právě včas před korejskou válkou, bylo znovu otevřeno jako námořní letecká základna.

Během studené války byla Atsugi hlavní leteckou základnou amerického námořnictva v Japonsku, která podporovala letadlové lodě v Koreji a Vietnamu. Průzkumné letouny U-2 odtud operovaly nejméně od roku 1957 a Lee Harvey Oswald sloužil jako operátor radaru námořní pěchoty u 1. letky námořní řídicí letky od září 1957 do listopadu 1958. Americká přítomnost přinesla i tragédii: 27. září 1977 se do čtvrti Jokohamy zřítil letoun RF-4B Phantom námořní pěchoty z Atsugi, při kterém zahynuli dva malí chlapci a o pět let později i jejich matka.

JMSDF dorazily 25. června 1971 s oddílem Atsugi ze 4. leteckého křídla a v roce 1973 sem Fleet Air Force přesunulo své velitelství ze Shimofusy. Letiště je od té doby sdíleno s americkým námořnictvem; Američané mu říkají Námořní letecké zařízení Atsugi.

3. letka 4. leteckého křídla, zformovaná v roce 1962 s devíti P2V-7 Neptune, převzala v roce 1974 P-2J a v roce 1984 P-3C. Toto křídlo také 30. března 1983 vytvořilo první jednotku P-3C JMSDF, 6. letku, a 28. května 2009 vyslalo první dva P-3C do Džibutska na protipirátské hlídky. Kawasaki P-1 dorazila 23. března 2015 a poslední P-3C odletěla 29. srpna 2017, čímž se 3. letka stala první operační letkou pouze s P-1.

Rovnováha se znovu změnila v letech 2017–18, kdy se letky s pevnými křídly 5. letadlové lodi amerického námořnictva přesunuly do Iwakuni a na americké straně zbyly pouze vrtulníky. Od té doby jsou hlavními letouny s pevnými křídly v Atsugi stíhačky P-1 JMSDF.

Atsugi leží v hustě zastavěné oblasti a jeho sousedé se o to u soudů přejí již po celá desetiletí. Wikipedie uvádí rozhodnutí okresního soudu v Jokohamě ve výši 2,75 miliardy jenů z roku 2002, dále 4,04 miliardy jenů od tokijského vrchního soudu z roku 2006 pro 4 865 obyvatel, 7 miliard jenů od jokohamského soudu z roku 2014 a přibližně 9,4 miliardy jenů od tokijského vrchního soudu z roku 2015 pro přibližně 6 900 obyvatel. V roce 2016 Nejvyšší soud potvrdil náhradu škody, ale zrušil zákaz nočních letů letadel Sil sebeobrany vydaný nižším soudem. Pátá žaloba, ke které se připojilo více než 6 063 obyvatel, byla podána v roce 2017.

Protesty jsou starší než soudní spory: v červenci 1988 vytvořilo asi 20 000 lidí lidský řetěz kolem základny proti nočnímu vyloďování letadlových lodí. Velká část hluku pocházela z amerických letadlových stíhaček, a proto jejich přesun do Iwakuni znamenal pro místní obyvatele stejně jako pro námořnictvo.