Kleine-Brogel ontstond als een noodoplossing tijdens de oorlog. Volgens de eigen geschiedenis van de basis legden de geallieerden eind 1944 tactisch vliegveld B 90 aan op de heide in Noord-Limburg ter ondersteuning van de opmars naar de Rijn. Toen de oorlog zich oostwaarts verplaatste, verloor het vliegveld zijn functie en pas in 1951 keerde de Belgische luchtmacht terug om het uit te breiden tot een permanente straaljagerbasis, als onderdeel van de snelle opbouw van de NAVO-luchtmacht in de Lage Landen tijdens de Koreaanse Oorlog.

De eenheid die haar beroemd zou maken, werd elders geboren. De 10e Jachtbommenwerpervleugel werd op 20 december 1951 in Chièvres opgericht met de squadrons 23, 27 en 31. Squadron 31, opgericht op 1 oktober 1951 in Beauvechain, vloog zijn eerste officiële missie op 4 januari 1952 in een Spitfire XIV met kapitein Laloux aan de stuurknop. De eerste commandant van de vleugel, generaal-majoor graaf Ivan Du Monceau de Bergendal, een gedecoreerde RAF-piloot uit de Tweede Wereldoorlog, nam het commando over op 30 mei 1952. Het jaar waarin de vleugel zich in Kleine-Brogel vestigde, wordt niet vermeld in de geraadpleegde officiële bronnen.

De Spitfires maakten vanaf 1952 plaats voor de F-84G Thunderjet, en de wing werd op 17 september 1953 officieel hernoemd tot 10de Jagerbommenwerperswing. De F-84F Thunderstreaks met pijlvleugels, die vanaf augustus 1955 aan België werden geleverd, bereikten de drie squadrons van de wing in Kleine-Brogel in 1956. 27 Squadron werd in 1963 opgeheven, waardoor de structuur met twee squadrons overbleef die de wing door de Starfighter-jaren zou leiden. Het embleem, een rode leeuw voor de provincie Limburg, en het motto, Fortuna Favet Fortibus, stammen uit deze beginjaren.

In juni 1964 begon 10 Wing aan zijn Starfighter-tijdperk, waarbij 31 Squadron als eerste werd herbewapend en 23 Squadron volgde. De geschiedenis van de Belgische Wings vermeldt dat de F-104G in 1965 de F-84F verving in de rol van nucleaire aanvalsvliegtuig, waarna de vliegtuigen van de wing vanaf 1 januari 1965 werden samengevoegd. Dit was het begin van de rol die de basis sindsdien in het publieke debat heeft gedefinieerd: Belgische piloten, Belgische vliegtuigen en Amerikaanse wapens die onder Amerikaans toezicht stonden voor gebruik in oorlogstijd in het kader van de nucleaire samenwerking binnen de NAVO.

Dezelfde enthousiastelingen beschrijven een 24-uurs paraatheid voor nucleaire snelle reacties die al sinds begin jaren 60 werd gehandhaafd, en de eigen jubileumgeschiedenis van 31 Squadron vermeldt dat het squadron vanaf 1961 paraat stond voor snelle reactie en datzelfde jaar toetrad tot de Allied Command Europe Mobile Force van de NAVO. Vanaf 1968 voerde de wing zowel aanvalsmissies als conventionele gevechtsmissies uit, waarbij het 20 mm Vulcan-kanon, napalm, Snakeye-bommen en raketwerpers naast de nucleaire taken werden ingezet.

Het Starfighter-tijdperk op Kleine-Brogel eindigde op 26 september 1983, toen de laatste twee Belgische F-104's, FX-99 en FC-11, van de basis vertrokken. Overtollige vliegtuigen werden opgeslagen in Koksijde of overgedragen aan de Turkse luchtmacht. Tegen die tijd was de F-16 al gearriveerd: de geschiedenis van de basis dateert de eerste F-16A's uit 1981, terwijl de geschiedenis van het 31e Squadron van Defensie de omschakeling van dat squadron vanaf 1983 plaatst, wat de gefaseerde heruitrusting van de twee squadrons van de wing weerspiegelt.

Het einde van de Koude Oorlog veranderde de structuur van de wing. Toen de 1st Fighter Wing in Beauvechain in 1996 werd opgeheven, verhuisden het 349 Squadron, een luchtverdedigingseenheid met wortels in de RAF die teruggaan tot november 1942, en de F-16 Operational Conversion Unit naar Kleine-Brogel. In maart 2002 werd 23 Squadron opgeheven en samengevoegd met 31 Squadron. De wing bestaat nu uit 31 Squadron, 349 Squadron en de OCU, die in november 2025 gezamenlijk werden ingezet voor nachtelijke F-16-training in Monte Real in Portugal.

De bemanningen van Kleine-Brogel hebben sinds de jaren negentig aan vrijwel elke Belgische luchtkampagne deelgenomen. Defensie noemt Bosnië, Kosovo, Afghanistan, Libië, Irak en Syrië als onderdeel van de missies van 31 Squadron, en in de jubileumgeschiedenis van 349 Squadron worden Kosovo en Afghanistan van 2005 tot 2014, Libië in 2011 en Irak en Syrië van 2014 tot 2021 genoemd. De laatste rotatie in het Midden-Oosten, met vier F-16's en 130 personeelsleden in Jordanië van 1 oktober 2020 tot 30 september 2021, voerde 293 missies uit en vloog 2974 uur, waarbij 29 keer wapens werden ingezet, allemaal in Irak, voordat de toestellen op 1 oktober 2021 terugkeerden naar Kleine-Brogel.

Dichter bij huis neemt de wing deel aan NAVO-luchtbewakingstaken. Tijdens de Baltische rotatie die 10 Wing op 2 januari 2020 in Litouwen overnam, werden in de eerste periode alleen al 14 onderscheppingen uitgevoerd in 290 sorties en bijna 500 vlieguren. De vloot is nu verouderd: op 8 september 2023 werd FA-95 de eerste Belgische F-16 die buiten dienst werd gesteld na het bereiken van de door de fabrikant vastgestelde limiet van 8.000 vlieguren, met een laatste vlucht op Kleine-Brogel tijdens de Belgische Luchtmachtdagen.

België bevestigt niet officieel dat er Amerikaanse kernwapens in Kleine-Brogel worden opgeslagen, en er is geen verklaring van de Belgische regering die dit bevestigt te vinden in de bronnen die voor deze pagina zijn gebruikt. Wat er wel bekend is, komt uit lekken en van onafhankelijk onderzoek. Op 16 juli 2019 meldde VRT dat een conceptrapport voor de NAVO-parlementaire vergadering, "Een nieuw tijdperk voor nucleaire afschrikking?", dat in april 2019 onder de leden was verspreid en in handen was gekomen van het Vlaamse GroenLinks-parlementslid Wouter De Vriendt, Kleine-Brogel noemde als een van de locaties waar Amerikaanse wapens worden bewaard. Een herziene versie werd op 11 juli 2019 gepubliceerd zonder de locaties.

De schattingen lopen uiteen en zijn allemaal onofficieel. In het conceptrapport uit 2019, zoals gerapporteerd door VRT, werd gesproken over ongeveer 150 Amerikaanse bommen in Europa. In oktober 2024 schatte Hans Kristensen van de Federation of American Scientists het totaal op ongeveer 100 B61-bommen op zes bases in vijf landen, en een studie uit 2023 in het Bulletin of the Atomic Scientists, waaraan hij meeschreef, wordt aangehaald voor een schatting van 10-15 bommen in Kleine-Brogel. De cijfers zijn afkomstig uit verschillende jaren en methoden en moeten worden beschouwd als een bereik, niet als een exact aantal.

De Amerikaanse kant van de overeenkomst is op andere manieren zichtbaar. In gepubliceerde berichten wordt het 701st Munitions Support Squadron van de Amerikaanse luchtmacht op de basis genoemd. In mei 2021 ontdekte Bellingcat dat Amerikaans personeel online flashcards had geplaatst, waarvan sommige al sinds 2013 openbaar waren, met details over wapenopslagkluizen en beveiligingsprocedures. Eén set was herkenbaar als Kleine-Brogel door de squadronnaam 701 MUNSS. In oktober 2024 organiseerde Kleine-Brogel samen met Volkel de NAVO-oefening Steadfast Noon, en analyse van FAS-beelden toonde nieuwe infrastructuur aan, waaronder een doorrijfaciliteit voor wapenonderhoudsvoertuigen en een groot platform voor C-17-transportvliegtuigen.

De F-16-jaren zijn niet zonder verliezen geweest. De database voor liefhebbers F-16.net, die in totaal 63 Belgische F-16-ongelukken registreert, vermeldt er verschillende waarbij squadrons van Kleine-Brogel betrokken waren. Op 19 september 1984 stortte een tweezits F-16B van 23 Squadron neer boven het oefenterrein van Helchteren, waarbij beide bemanningsleden om het leven kwamen. Op 14 september 1987 verloor een F-16A van 23 Squadron de controle tijdens een noodlanding nabij de basis na een defect aan het staartvlak, waarbij de piloot om het leven kwam. Op 17 november 1988 werd een toestel van 31 Squadron vernietigd na een aanvaring met een vogel nabij Kaulille; de piloot schoot zichzelf met de schietstoel uit het toestel.

Het ergste recente ongeluk vond plaats op 9 december 2003, toen twee F-16A's van 31 Squadron in de Ardennen nabij Somal en Failon met elkaar in botsing kwamen tijdens een oefening van de luchtverkeersleiding. Volgens F-16.net kwam luitenant-kolonel Ronny Vaerten om het leven in zijn cockpit en schoot de andere piloot zich met lichte verwondingen uit het vliegtuig. Andere verliezen in de buurt waren onder meer een F-16 van 349 Squadron die op 8 januari 2002 in brand vloog en neerstortte tijdens de landing, en een toestel van 31 Squadron dat op 16 augustus 2012 vlak na een touch-and-go op de basis door een vogelaanvaring om het leven kwam; beide piloten schoten zich met de schietstoel uit het vliegtuig.

Deze details zijn afkomstig van één enkele enthousiasteling en niet van gepubliceerde onderzoeksrapporten, en worden hier met die kanttekening vermeld. Vogelaanvaringen blijven een gevaar: op 30 mei 2022 maakte een F-16 van Kleine-Brogel, die door een vogel op de neus was geraakt, een voorzorgslanding in Oostende. Dat geldt ook voor lasers. In april 2018 richtte een man in Hechtel een laser op een F-16 die Kleine-Brogel naderde; het Antwerpse Hof van Beroep bevestigde zijn veroordeling op 17 december 2020, met een boete en een voorwaardelijke gevangenisstraf van zes maanden.

De basis wordt herbouwd voor de F-35A. In september 2020 reserveerde de regering ongeveer 300 miljoen euro voor elk van de twee gevechtsvliegtuigbases. Elke basis zal beschikken over een operationele planningsruimte, vier simulatoren, een onderhoudshangar voor zes vliegtuigen, zestien overdekte vliegtuigsloodsen, een zone voor snelle reactie en beveiligingsfaciliteiten die, volgens Defensie, voldoen aan de door de Amerikanen gestelde veiligheidseisen. Een consortium onder leiding van Jan De Nul, met Arcadis en Burns & McDonnell, won in april 2022 het contract voor het ontwerp, de bouw en het onderhoud van beide bases.

Op 30 mei 2024 werd, na Florennes, de eerste steen gelegd voor Kleine-Brogel. Het complex zal naar verwachting in 2027 operationeel zijn. In september 2026 meldde Aviation24.be zeven Belgische F-35A's in Florennes en nog eens acht op luchtmachtbasis Luke, waarbij de volgende vier in de eerste helft van 2027 worden verwacht en bestemd zijn voor Kleine-Brogel. De F-16's zullen naar verwachting rond 2028 worden uitgefaseerd; of de Operational Control Unit (OCU) deze overgang zal overleven, wordt niet vermeld in de geraadpleegde bronnen.

Veiligheid is een publiek thema geworden. Op 14 oktober 2018 landde een klein vliegtuigje, onderweg naar het nabijgelegen vliegveld Zwartberg, per ongeluk op de basis. Van 31 oktober tot 4 november 2025 werden er gedurende meerdere nachten drones boven Kleine-Brogel waargenomen; op 2 november werden er vier in noordelijke richting naar Nederland gevolgd, terwijl een politiehelikopter ze achtervolgde en een stoorzender er niet in slaagde ze te stoppen. De minister noemde het een duidelijke missie gericht op de basis, waarna de regering draagbare stoorzenders ter waarde van ongeveer 2,8 miljoen euro bestelde als onderdeel van een breder antidroneplan.