De basis Atsugi werd in 1938 gebouwd door de Keizerlijke Marine en huisvestte in 1945 de 302e Marine Luchtmachtgroep, die belast was met de verdediging van het gebied rond Tokio tegen Amerikaanse bommenwerpers. Het Wikipedia-artikel over Atsugi beweert dat de groep meer dan 300 bommenwerpers heeft neergehaald; dit cijfer wordt echter niet ondersteund door andere geraadpleegde bronnen en moet worden beschouwd als een bewering, niet als een feit. Tot de nachtjagers behoorde de Nakajima J1N, die volgens Wikipedia effectiever was tegen B-24's en B-17's dan tegen de B-29.

Toen keizer Hirohito op 15 augustus 1945 de overgave afkondigde, weigerde de commandant van de groep, kapitein Yasuna Kozono, deze te accepteren. Zijn vliegers drukten pamfletten af en wierpen deze boven het Kanto-gebied af, waarin werd opgeroepen de oorlog tot het bittere einde te voeren. De opstand duurde slechts enkele dagen: 33 piloten verlieten de basis en de Keizerlijke Marine arresteerde Kozono en 69 anderen. Kozono werd voor de krijgsraad gebracht wegens ongehoorzaamheid aan bevelen en veroordeeld tot levenslange gevangenisstraf, die eerst werd teruggebracht tot 20 en vervolgens tot 10 jaar. Hij werd in december 1950 voorwaardelijk vrijgelaten en in 1952 kreeg hij amnestie.

Een Amerikaanse voorhoede landde op 28 augustus 1945 in Atsugi, en op 30 augustus stapte generaal Douglas MacArthur hier uit zijn vliegtuig om de leiding over bezet Japan over te nemen. Eenheden van de Amerikaanse luchtmacht gebruikten het vliegveld tot begin 1946. De Navy Seabees herbouwden het in 1950 en het werd in december 1950 heropend als marinevliegbasis, net op tijd voor de Koreaanse Oorlog.

Tijdens de Koude Oorlog was Atsugi de belangrijkste luchtmachtbasis van de Amerikaanse marine in Japan, ter ondersteuning van vliegdekschepen in Korea en Vietnam. Vanaf ten minste 1957 opereerden er U-2 verkenningsvliegtuigen en Lee Harvey Oswald diende van september 1957 tot november 1958 als radaroperator bij Marine Air Control Squadron 1. De Amerikaanse aanwezigheid bracht echter ook tragedies met zich mee: op 27 september 1977 stortte een RF-4B Phantom van de marine, gestationeerd in Atsugi, neer in een woonwijk in Yokohama, waarbij twee jonge jongens en vijf jaar later hun moeder om het leven kwamen.

De Japanse Maritieme Zelfverdedigingsmacht (JMSDF) arriveerde op 25 juni 1971 met een detachement van de 4e Luchtvleugel van Atsugi, en in 1973 verplaatste de Fleet Air Force haar hoofdkwartier hierheen vanuit Shimofusa. Het vliegveld wordt sindsdien gedeeld met de Amerikaanse marine; de Amerikanen noemen het Naval Air Facility Atsugi.

Het 3e Squadron van de 4e Luchtvleugel, opgericht in 1962 met negen P2V-7 Neptunes, nam in 1974 P-2J's en in 1984 P-3C's in gebruik. De vleugel vormde ook de eerste P-3C-eenheid van de Japanse Maritieme Zelfverdedigingsmacht (JMSDF), het 6e Squadron, op 30 maart 1983, en stuurde de eerste twee P-3C's op 28 mei 2009 naar Djibouti voor antipiraterijpatrouilles. De Kawasaki P-1 arriveerde op 23 maart 2015 en de laatste P-3C vertrok op 29 augustus 2017, waarmee het 3e Squadron het eerste operationele squadron werd dat volledig uit P-1's bestond.

Het evenwicht verschoof opnieuw in 2017-2018, toen de squadrons met vliegtuigen van de Carrier Air Wing 5 van de Amerikaanse marine naar Iwakuni verhuisden, waardoor er aan Amerikaanse zijde alleen nog helikopters overbleven. Sindsdien zijn de P-1's van de Japanse Maritieme Zelfverdedigingsmacht (JMSDF) de belangrijkste vliegtuigen met vaste vleugels op Atsugi.

Atsugi ligt in een dichtbebouwd gebied en de omwonenden voeren al decennialang rechtszaken tegen de gemeente. Wikipedia vermeldt een uitspraak van de districtsrechtbank van Yokohama van 2,75 miljard yen in 2002, 4,04 miljard yen van het Hooggerechtshof van Tokio in 2006 voor 4.865 inwoners, 7 miljard yen van de rechtbank in Yokohama in 2014 en ongeveer 9,4 miljard yen van het Hooggerechtshof van Tokio in 2015 voor ongeveer 6.900 inwoners. In 2016 bekrachtigde het Hooggerechtshof de schadevergoeding, maar vernietigde een verbod van een lagere rechtbank op nachtvluchten door vliegtuigen van de Japanse Zelfverdedigingsmacht. In 2017 werd een vijfde rechtszaak aangespannen, waarbij meer dan 6.063 inwoners zich aansloten.

De protesten zijn ouder dan de rechtszaken: in juli 1988 vormden zo'n 20.000 mensen een menselijke ketting rond de basis om te protesteren tegen nachtelijke landingsoefeningen van vliegdekschepen. Veel van het lawaai kwam van Amerikaanse straaljagers, waardoor hun verplaatsing naar Iwakuni voor de lokale bevolking net zo belangrijk was als voor de marine.