Volgens de eigen geschiedenis van de luchtmacht dateren de plannen voor een vliegveld in Eindhoven al van 1921, maar het vliegen begon pas in september 1932, toen het burgervliegveld Welschap opende op een grasveld van 55 hectare. Een terminal volgde in mei 1935. Het leger nam het vervolgens over toen de oorlog naderde: het Ministerie van Defensie dateert de inbeslagname op de mobilisatie van april 1939, terwijl de Luftwaffe-vliegveldstudie van Henry deZeng september 1939 noemt.

Duitse troepen bezetten het vliegveld twee dagen na de invasie van 10 mei 1940 en hernoemden het tot Fliegerhorst Eindhoven. De uitbreiding begon onmiddellijk. DeZeng schrijft dat de Luftwaffe in juni 1940 enkele duizenden Nederlandse arbeiders liet overkomen en dat de belangrijkste landingsbaan eind juli klaar was. Het vliegveld groeide tot meer dan het dubbele van zijn vooroorlogse omvang, met drie verharde landingsbanen in de vorm van een hoofdletter A, twee van 1500 meter en één van 1200 meter, allemaal geasfalteerd en in een kleurstelling die aansloot bij de omliggende velden.

De Fliegerhorst was een drukbezochte basis voor bommenwerpers en nachtjagers. DeZeng vermeldt II./KG 4 van juni 1940 tot maart 1941, periodes van KG 30 en KG 2 tot begin 1944, en I./NJG 2 midden 1944. De geallieerden vielen de basis herhaaldelijk aan: P-47's beschoten de basis op 22 februari 1944, voerden duikbombardementen uit op 30 maart, en op 14 juni 1944 vernietigde een aanval met 63 B-24 Liberators zeven Ju 88 nachtjagers op de grond.

De Duitsers legden eind mei 1944 mijnen op de landingsbanen om ze te kunnen vernietigen en voltooiden de sloopwerkzaamheden op 5 september. Amerikaanse parachutisten van de 101e Luchtlandingsdivisie bevrijdden Eindhoven op 18 september 1944 tijdens Operatie Market Garden, waarna de Nederlandse vlag de volgende dag boven het vliegveld werd gehesen. Britse reparatie-eenheden vulden vervolgens zo'n 1650 bomkraters op, zodat de RAF het vliegveld kon gebruiken. Het werd omgedoopt tot Advanced Landing Ground B.78 voor Typhoon- en verkenningseskaders van de RAF en de Royal Canadian Air Force.

De Koninklijke Nederlandse Luchtmacht nam in 1952 haar intrek in Eindhoven, toen de squadrons 314, 315 en 316 werden opgericht als jachtbommenwerpersquadrons met de Republic F-84G Thunderjet. Alle drie de squadrons schakelden in 1956 over op de pijlvleugelige F-84F Thunderstreak. Bijna twee decennia lang was Eindhoven de thuisbasis van drie straaljagersquadrons tegelijk. Het was het begin van 42 jaar jachtvliegen vanaf het vliegveld.

315 Squadron vertrok in april 1970 naar Twenthe. 314 Squadron schakelde in 1970 over op de NF-5A en was in 1988 naar Gilze-Rijen verhuisd, volgens de squadrongeschiedenis van de F-16-enthousiastelingensite F-16.net; de eigen geschiedenis van de luchtmacht vermeldt alleen dat het een paar jaar na 315 vertrok. 316 Squadron, bijgenaamd Falcon, bleef en vloog vanaf 1971 met de NF-5A. Hun embleem toonde een bruine valk op een gele achtergrond, met het motto Doelbewust en trefzeker, vastberaden en nauwkeurig.

In 1991 schakelde 316 Squadron over op de F-16A, aanvankelijk gestationeerd in Gilze-Rijen, alvorens terug te keren naar Eindhoven; volgens de basisgeschiedenis was de NF-5 tot 1991 in dienst. Het Defensiewitboek van 1993, dat de luchtmacht na de Koude Oorlog inkromp, betekende het einde van het squadron, en 316 Squadron werd op 1 april 1994 ontbonden, waarmee een einde kwam aan 42 jaar gevechtsvliegen in Eindhoven. Van februari 1983 tot 1995 werd de basis samen met Gilze-Rijen onder één commando geleid; de twee werden opnieuw gescheiden toen hun taken uiteenliepen.

Geluidsoverlast bepaalde het vliegveld al lang voordat de gevechtsvliegtuigen vertrokken. Vanwege klachten van inwoners van Eindhoven werd de startrichting van de landingsbaan in 1984 gewijzigd, aldus het Ministerie van Defensie, zodat vertrekkende vliegtuigen het stadscentrum zouden vermijden. In datzelfde jaar opende aan de andere kant van het vliegveld een civiele terminal, ontworpen door Leo de Bever, het begin van de huidige gedeelde militaire en civiele luchthaven.

Kort na zes uur 's avonds op maandag 15 juli 1996 naderde een C-130H Hercules CH-06 van de Belgische luchtmacht Eindhoven vanuit Italië. Aan boord bevonden zich vier Belgische bemanningsleden en 37 leden van het Fanfarekorps van de Koninklijke Nederlandse Landmacht. Vlak voor de landing kwam het toestel in een grote zwerm vogels boven de landingsbaan terecht; latere onderzoeken wezen op spreeuwen die in beide linkermotoren terechtkwamen. De bemanning probeerde een doorstart te maken, maar de Hercules rolde scherp naar links, de linkervleugel raakte het gras en het toestel stortte neer en vloog in brand.

De luchtverkeersleiding en de brandweer van de basis dachten dat er alleen de vier bemanningsleden aan boord waren, omdat de passagiersgegevens op het vluchtplan niet aan Eindhoven waren doorgegeven. De verslagen verschillen over hoe lang het duurde voordat men zich realiseerde dat er mensen in het ruim zaten: Engelstalige samenvattingen spreken van ongeveer dertig minuten, de Duitse encyclopedie van 23 minuten. Elf mensen werden levend uit het ruim gehaald en vier van hen overleden later in het ziekenhuis. In totaal kwamen 34 mensen om het leven: alle vier bemanningsleden en 30 muzikanten, en 7 overleefden het met ernstige verwondingen.

Er volgden vele onderzoeken; de auteurs van het boek De vergeten ramp tellen ongeveer veertig meldingen tot 2010. Het Crisis Research Team (COT) onder leiding van professor Uri Rosenthal wees systeemfouten en organisatorische tekortkomingen aan als oorzaak. In oktober 1996 werden drie luchtmachtofficieren ontheven van hun functie: de basiscommandant, de luchtverkeersleider en de brandweercommandant. Ze werden vervolgd en uiteindelijk vrijgesproken wegens gebrek aan bewijs. Het Duitse encyclopedieartikel, dat het Aviation Safety Network citeert, voegt eraan toe dat de bemanning na de aanvaring met de vogel de verkeerde motor, nummer 3, had uitgeschakeld; dit kon voor deze pagina niet worden bevestigd door een officiële bron.

In 2002 beantwoordde de Rijksdienst voor de Transportveiligheid, op verzoek van de Tweede Kamer, vragen over de reddingsoperatie. De belangrijkste conclusie was dat de hulpdiensten, wanneer inzittenden zichzelf niet kunnen redden, niet over voldoende personeel en geavanceerde apparatuur beschikten om hen tijdig te evacueren. De Rijksdienst deelde uitdrukkelijk niet de conclusie van de regering dat de passagiers eerder gered hadden kunnen worden: het systeem daarvoor bestond niet, in Eindhoven of elders, en bestond in 2002 grotendeels nog steeds niet. De Rijksdienst deed vier aanbevelingen over de brandweer en reddingsdiensten op luchthavens en over het vervoer van burgers in militaire vliegtuigen.

Eindhoven begon in mei 1992 aan zijn tweede leven als transportbasis, toen 334 Squadron vanuit Soesterberg naar Eindhoven verhuisde met de Fokker F27. De F27 kon de Atlantische Oceaan niet oversteken en was in 1996 verdwenen, vervangen door de KDC-10, DC-10, C-130, Gulfstream IV, Fokker 50 en Fokker 60U. De tankvliegtuigen kwamen van Martinair, waarvan Nederland in 1992 twee DC-10-30CF's kocht; toen er één verloren ging bij de crash van Martinair Flight 495, werd een derde aangeschaft. Twee daarvan werden tussen oktober 1994 en december 1995 omgebouwd tot KDC-10 tankvliegtuigen.

De KDC-10's, genaamd Prins Bernhard (T-264) en Jan Scheffer (T-235), werden gedurende een kwart eeuw het kenmerkende vliegtuig van Eindhoven. Volgens de basis zelf, tijdens een EDA-oefening in 2018, handhaafden de Nederlandse KDC-10's een beschikbaarheid van 95 procent boven Irak en Syrië tijdens Operatie Inherent Resolve en leverden ze bijna 6,5 miljoen liter brandstof aan meer dan 1.000 coalitievliegtuigen. T-264 werd in november 2019 uit dienst genomen en T-235 in oktober 2021; beide toestellen werden overgedragen aan de Amerikaanse aannemer Omega Aerial Refueling Services.

Hun opvolger is een gedeelde ontwikkelaar. De multinationale MRTT-vloot is voortgekomen uit een NAVO-initiatief dat werd overeengekomen tijdens de top in Chicago in 2012. Nederland en Luxemburg gaven in juli 2016 het startsein voor het project met een bestelling van twee Airbus A330 MRTT's; Duitsland en Noorwegen sloten zich in september 2017 aan, België in januari 2018 en Tsjechië in 2019, waarmee het totaal op acht kwam. Polen trok zich in 2016 terug, enkele dagen voor de ondertekening van het contract. De partners kopen vlieguren in plaats van individuele toestellen.

De eerste A330 MRTT werd in juni 2020 geleverd. Eindhoven is de belangrijkste operationele basis van de vloot, met Keulen in Duitsland als vooruitgeschoven operationele basis en Karup in Denemarken, die zullen volgen wanneer de 11e en 12e toestellen respectievelijk medio 2028 en begin 2029 arriveren. De initiële operationele capaciteit werd bereikt in maart 2023 en de volledige operationele capaciteit in maart 2026. Denemarken en Zweden sloten zich in juni 2025 aan met twee extra toestellen, en Finland in juli 2026, waarmee het totaal op negen leden komt. Op de basispagina van de luchtmacht wordt nog steeds gesproken over zes NAVO-partners; de telling van de NAVO zelf is recenter.

Eindhoven is nu de zetel van het Luchtmobiliteitscommando van de luchtmacht. Volgens het Ministerie van Defensie omvat dit commando vier taken: luchttransport en bijtanken in de lucht, vracht- en passagiersafhandeling, het openhouden van het vliegveld voor militair en civiel gebruik, en het huisvesten van Nederlandse en buitenlandse eenheden. Vijf squadrons zijn er onderdeel van: 334 Squadron met de Gulfstream, 336 Squadron met de C-130, en de squadrons 940, 941 en 942 voor logistiek, vliegveldbeheer en onderhoud.

Het 336 Squadron vliegt met vier C-130 Hercules-toestellen: de G-273, G-275, G-781 en G-988, zowel in de standaard- als de verlengde H-30-uitvoering. Deze toestellen zullen worden vervangen door de Embraer C-390, die samen met Oostenrijk en Zweden is aangeschaft. Het eerste toestel wordt naar verwachting eind 2027 geleverd en het laatste in 2029. Het regeringsvliegtuig van het 334 Squadron is een Gulfstream G650ER V-117, gebouwd in 2014, die tot 15 passagiers kan vervoeren voor de defensieleiding, spoedrepatriëringen en vluchten van het Koninklijk Huis.

Naast de Nederlandse eenheden zijn er drie multinationale organisaties. Het Movement Coordination Centre Europe is sinds 1 juli 2007 in Eindhoven gevestigd. Het European Air Transport Command werd op 1 juli 2010 opgericht en op 1 september 2010 in Eindhoven ingehuldigd door België, Frankrijk, Duitsland en Nederland; Luxemburg sloot zich aan op 22 november 2012, Spanje in juli 2014 en Italië in december 2014. Het commando geeft leiding aan de luchttransport-, luchtbijtank- en medische evacuatievloten van de zeven lidstaten, met een personeelsbestand van ongeveer 200 medewerkers. De derde organisatie is de MMU met haar A330-tankvliegtuigen.