Zaragoza surgió del Pacto de Madrid de 1953, firmado el 23 de septiembre, en virtud del cual Estados Unidos obtuvo el uso de las bases aéreas de Torrejón, Zaragoza y Morón. Los aeródromos españoles existentes se ampliaron para la Decimosexta Fuerza Aérea estadounidense, y la base se construyó en 1954. La primera unidad aérea estadounidense, el 431.er Escuadrón de Caza-Interceptores, se instaló el 3 de septiembre de 1958. Voló aviones F-86D Sabre y posteriormente F-102A Delta Dagger para defender las bases de bombarderos y aviones cisterna del Comando Aéreo Estratégico en España.

La era del SAC fue breve. La alerta rotativa de los B-47 en las bases españolas finalizó en abril de 1965, y el 431.º fue desactivado el 18 de mayo de 1964, cuando los B-47 dejaron de estar en servicio y el SAC entregó sus bases de reabastecimiento en España a las Fuerzas Aéreas de los Estados Unidos en Europa. Zaragoza permaneció entonces inactiva hasta febrero de 1970, cuando el Proyecto Creek Step la reconstruyó como base de entrenamiento de armamento de la USAFE. A partir de marzo de 1970, escuadrones de cazas de toda Europa rotaron por la base para realizar prácticas de lanzamiento de bombas en el campo de tiro de Bardenas Reales, y el 21 de julio de 1972 se activó la 406.ª Ala de Entrenamiento Táctico de Cazas para gestionar las instalaciones.

Bajo el mando del 406.º Escuadrón, la base se convirtió en un punto estratégico. Los F-4 Phantom eran los principales visitantes; los F-111 y A-7 utilizaron el campo de tiro en 1974, y los destacamentos de F-16 se unieron a partir de 1982. El entrenamiento de combate aéreo con aeronaves de características diferentes comenzó el 12 de septiembre de 1977, y desde noviembre de 1976 se mantuvo un destacamento permanente de aviones cisterna KC-135 del Comando Aéreo Estratégico (SAC). El fin llegó con el acuerdo de defensa firmado en Madrid el 1 de diciembre de 1988, que menciona Zaragoza únicamente por el oleoducto Rota-Zaragoza. El uso estadounidense del campo de tiro finalizó en diciembre de 1991, las operaciones de la base pasaron a España en abril de 1992, y el ala fue desactivada el 31 de octubre de 1992.

Las fechas de la retirada estadounidense difieren. El artículo base en inglés de Wikipedia indica el período 1958-1992, mientras que los artículos en español y GlobalSecurity mencionan 1994. El artículo base en español añade que el Estado español recuperó el control soberano total de las instalaciones militares recién el 12 de febrero de 2004. La presencia aérea probablemente finalizó en 1992, manteniéndose las instalaciones restantes durante más tiempo; no se encontró ninguna fuente oficial que confirmara ninguna de las dos fechas en esta ocasión.

Gran parte del valor de Zaragoza reside a unos 70 km al noroeste, en el semidesierto de las Bardenas Reales, en Navarra. El campo de tiro y bombardeo se instaló allí en 1951 mediante un contrato de arrendamiento entre el Estado español y la Comunidad de Bardenas, la entidad local propietaria del terreno. Abarca 2.244 hectáreas, aproximadamente el 5,4% de las Bardenas, y está excluido del parque natural que lo rodea.

El primer contrato tuvo una duración de 25 años. Se prorrogó en 1976 hasta junio de 2001, luego hasta 2008, y desde entonces se ha renovado por períodos de diez años. Entre ejercicios, el ganado puede pastar en sus alrededores. La razón de ser del Ala 406 era proporcionar a los escuadrones de la USAFE acceso a este campo de tiro, y sigue siendo el principal campo de entrenamiento aire-tierra para las unidades de cazas españolas, incluidos los Hornets de las Alas 15 y 12.

El campo de tiro es objeto de controversia. La fuerza aérea afirma que utiliza bombas de práctica sin explosivos; Milagros Rubio, de la Asamblea Antipolígono, la organización local que se opone al campo de tiro, lo niega y asegura que se lanzan bombas con carga explosiva al menos una vez al año. Ambas afirmaciones se recogen aquí a medida que cada parte las presenta. El campo de tiro también ha costado aviones y vidas: un piloto de Hornet del Ala 12 falleció allí en noviembre de 1991, y el Ala 15 perdió un avión por una colisión con aves en 1994 (véase la sección de incidentes).

España eligió el F/A-18 dentro del programa FACA (Futuro Avión de Caza y Ataque) para reemplazar sus Mirage III, F-5 y F-4 Phantom. El contrato se firmó el 31 de mayo de 1983 para 72 aeronaves, 60 EF-18A monoplaza y 12 EF-18B biplaza, a un costo que la Wikipedia en español estima en unos 3 mil millones de dólares, con 2 mil millones en compensaciones industriales. El Ala 15 se creó en Zaragoza el 16 de diciembre de 1985 mediante la Orden Circular 04/85-DOR, y los primeros cuatro EF-18 llegaron en un vuelo directo desde Estados Unidos el 10 de julio de 1986; un blog especializado afirma que los cuatro eran EF-18B biplaza.

El escuadrón realizó su primer ejercicio con otras unidades el 23 de octubre de 1986, y cinco días después el rey Juan Carlos I voló en uno de sus Hornets. El 14 de enero de 1989 se unió al servicio nacional de alerta aérea. Su llegada no fue fácil en su país: la historia oficial registra que el personal del Grupo 41, que ya ocupaba la base, se resistió al traslado; el Grupo 41 fue a Matacán y continúa operando como el Escuadrón 741. En 1989, el escuadrón se redujo al Grupo 15 y se fusionó con el Grupo 31 para formar el Ala 31, antes de ser restablecido como Ala 15 el 9 de diciembre de 2002.

El Ala 15 cuenta con tres escuadrones. El Escuadrón 151, con indicativo Toro, se formó con el primer avión en 1986 y cambió su emblema del tigre por un toro en 1996. El Escuadrón 152, con indicativo Marte, se creó en junio de 1988. El Escuadrón 153, con indicativo Ebro, es la unidad de conversión y lleva un emblema que data de la escuela de pilotos de combate de la Guerra Civil. El escuadrón cuenta con aproximadamente 500 personas. Su lema, “Quien ose paga”, fue elegido personalmente por el comandante de la base, el coronel Ostos.

Los Hornets fueron modernizados mediante una actualización de mitad de vida útil entre 2007 y enero de 2012; un blog especializado contabiliza 67 de los 72 aviones originales convertidos al estándar EF-18M, el último en septiembre de 2013. Su sucesor aún no está definido. El Halcón II, compuesto por 25 Eurofighters Tranche 4+ (21 monoplazas y 4 biplazas), fue contratado el 20 de diciembre de 2024 para reemplazar a los Hornets continentales, y el mismo blog indica que probablemente irán a las Alas 12 y 15. Ninguna fuente oficial consultada hasta el momento los asigna a Zaragoza.

En julio de 1994, el Ala 15 participó en el ejercicio Bandera Roja en Nellis, Nevada, siendo la primera unidad española en hacerlo. Desde diciembre de 1994, voló sobre Bosnia-Herzegovina y posteriormente sobre Kosovo en el marco de las operaciones de la OTAN Deny Flight y Allied Force. El Escuadrón 151 obtuvo la certificación de Preparación para el Combate de la OTAN en noviembre de 2000, y el Escuadrón 152 entre el 22 y el 24 de septiembre de 2010. Del 3 de julio al 18 de octubre de 2011, el escuadrón participó en la Operación Protector Unificado sobre Libia desde Decimomannu, en Cerdeña.

Posteriormente se llevaron a cabo operaciones de vigilancia aérea: en el Báltico, de mayo a septiembre de 2017 en Estonia y de mayo a noviembre de 2020 en Lituania, y la misión de protección aérea de la OTAN desde Fetești en Rumania, de noviembre de 2022 a marzo de 2023. La historia oficial también registra cómo los Balcanes moldearon sus indicativos de llamada: después de que un Mirage 2000 francés que volaba como "Ebro 3" fuera derribado sobre Bosnia en 1995, se cambiaron los indicativos de llamada de las unidades participantes.

El tigre del emblema del Ala 15 fue heredado de los F-86 Sabres del Ala 5. Esto convirtió al escuadrón en un candidato ideal para la Asociación Tigre de la OTAN, fundada en 1961, a la que se unió en 2008; Wikipedia menciona al Ala 15 y al Escuadrón 142 de Albacete como los dos miembros españoles de pleno derecho. En mayo de 2016, Zaragoza acogió el NATO Tiger Meet 2016, el tercer Tiger Meet celebrado en España después de los de Albacete en 1992 y 2006.

Un transbordador que perdiera un motor en los primeros minutos después del lanzamiento podía regresar a Florida o, poco después, cruzar el Atlántico y aterrizar en Europa o África. Este aterrizaje de emergencia transoceánico (TAL, por sus siglas en inglés) se habría producido entre 25 y 30 minutos después del despegue. La NASA afirma que Zaragoza fue designada como sitio TAL en 1983 y era el principal lugar para lanzamientos de alta inclinación.

La NASA equipó la pista 30L con ayudas visuales de aterrizaje específicas para el transbordador, un sistema de aterrizaje por microondas, una baliza TACAN y una torre meteorológica remota, y mantuvo el uso exclusivo de un complejo de hangares para operaciones y almacenamiento. Un contratista se estableció permanentemente en Zaragoza para el mantenimiento del equipo de la NASA y del Departamento de Defensa. Para cada lanzamiento, dos aviones C-130 transportaban a ocho tripulantes, nueve rescatistas paracaidistas, dos médicos de vuelo, una enfermera, un técnico médico y 1134 kilogramos de equipo médico a Zaragoza, Istres o ambas.

Zaragoza fue uno de los últimos cuatro emplazamientos del programa TAL, junto con Istres en Francia, Morón y la base aérea de Fairford. El modo de aborto nunca se utilizó en la historia del programa, que finalizó en 2011. La NASA indica que la pista 30L mide 12.109 pies por 197 pies (aproximadamente 3.691 m por 60 m); la AIP española actual indica 3.718 m por 45 m; la diferencia se mantiene tal como se publicó.

Zaragoza es también la sede del Ala 31, el escuadrón de transporte táctico y reabastecimiento en vuelo de España. España adquirió el C-130H en 1972 ante el empeoramiento de la situación en el Sáhara español; el primero llegó el 18 de diciembre de 1973, se compraron tres aviones cisterna KC-130H en enero de 1976 y otros más entre 1979 y 1980. El 28 de mayo de 1980, el primer avión, el T.10-01, se estrelló en Gran Canaria y toda su tripulación falleció; la unidad a la que pertenecía no se especifica en la fuente.

Hasta finales de 2020, el Ala 31 operaba seis C-130H y un C-130H-30 alargado en el Escuadrón 311, y cinco aviones cisterna KC-130H en el Escuadrón 312. Los Hércules fueron retirados en diciembre de 2020; los últimos seis se vendieron a Uruguay y Perú. Su reemplazo fue el Airbus A400M. España encargó 27 el 27 de mayo de 2003; el presupuesto aumentó de 3.453 millones de euros a 5.493 millones en 2010 y las entregas restantes de los 13 restantes se pospusieron hasta 2025-2030.

Wikipedia fecha la entrada en servicio del A400M en noviembre de 2016, mientras que un blog especializado indica que la primera llegada a Zaragoza fue en diciembre de 2016. Para febrero de 2026, se habían entregado 14 unidades; el blog las divide en nueve transportes T.23 y cinco aviones cisterna TK.23, con los indicativos Dumbo y Mamut, y prevé la entrega de seis más alrededor de 2029. El mismo blog registra la participación de A400M en la evacuación de Kabul en agosto de 2021, cuatro en la evacuación de Sudán en abril de 2023 y una evacuación de Beirut en octubre de 2024.