U-Tapao begon als een marineproject. Het Engelstalige Wikipedia-artikel over de Marine Luchtmachtdivisie vermeldt dat de Koninklijke Thaise Marine in 1957 een vliegveld bouwde in Ban U-Tapao in Rayong, en dat de Verenigde Staten bouwhulp aanboden in ruil voor het gebruik van een deel ervan. Wat van een vliegveld aan de kust een van de belangrijkste vliegvelden in Azië maakte, was de Vietnamoorlog. De bouw van de Amerikaanse basis begon op 15 oktober 1965 en werd voltooid op 2 juni 1966.

De eerste gebruikers waren tankvliegtuigen. Het basisartikel op Wikipedia vermeldt de eerste KC-135's in augustus 1966 en 15 tankvliegtuigen in september, onder de 4258th Strategic Wing; tussen 1966 en 1970 vlogen de tankvliegtuigen van de wing meer dan 50.000 sorties. Een Thais-Amerikaanse overeenkomst van 2 maart 1967 maakte de komst van 15 B-52's mogelijk, waarvan de eerste op 10 april 1967 arriveerde en de volgende dag hun eerste missies uitvoerde. Van toen tot 1973 was U-Tapao de belangrijkste basis voor de B-52 in Zuidoost-Azië.

De B-52's op U-Tapao voerden de Arc Light-tapijtbombardementen uit boven Zuid-Vietnam en, vanaf maart 1969, de geheime Menu-bombardementen op Cambodja, die tot 26 mei 1970 duurden. Wikipedia schrijft de wing meer dan 35.000 aanvallen op Zuid-Vietnam toe tussen 1967 en 1970, en 2.548 sorties ter ondersteuning van het beleg van Khe Sanh begin 1968. Elke B-52 droeg gemiddeld 108 bommen van 500 en 750 pond per missie. De 4258th werd op 21 januari 1970 hernoemd tot 307th Strategic Wing, en in maart 1972 waren er 51 B-52's gestationeerd.

Het hoogtepunt was Operatie Linebacker II, het bombardement op Hanoi en Haiphong dat begon op 18 december 1972. Volgens Wikipedia vielen 129 B-52's aan in drie golven en vlogen de B-52D's van U-Tapao, die meer bommen konden dragen, 729 sorties en 13.640 ton aan bommen afwierpen in 11 dagen. De campagne kostte de Amerikaanse luchtmacht 16 verloren B-52's, negen zwaar beschadigde toestellen en 33 bemanningsleden die omkwamen of vermist raakten, aldus hetzelfde artikel; hoeveel van die verliezen U-Tapao-vliegtuigen waren, wordt daar niet gespecificeerd. De eenheid beëindigde haar gevechtsoperaties op 14 augustus 1973.

De laatste Amerikaanse operatie van de U-Tapao was een reddingsoperatie. Op 12 mei 1975 namen de Rode Khmer het Amerikaanse containerschip SS Mayaguez in beslag, waarna de U-Tapao het uitvalsbasis werd voor de aanval van de mariniers op het eiland Koh Tang. Wikipedia meldt dat een CH-53 helikopter tijdens de operatie neerstortte, waarbij 18 veiligheidsagenten en de vijfkoppige bemanning om het leven kwamen. De operatie kostte 15 Amerikanen het leven en er werden er drie vermist.

Eenheden van het Strategisch Luchtcommando vertrokken in december 1975, de laatste reddingsgroep op 31 januari 1976, en de basis werd formeel teruggegeven aan Thailand op 13 juni 1976. De Koninklijke Thaise Marine behield de basis.

Onder Thais beheer werd U-Tapao de thuisbasis van de Eerste Luchtvleugel van de Marine Luchtmachtdivisie, die patrouille-, zoek- en reddingsvliegtuigen en voorwaartse luchtverkeersleidingsvliegtuigen en, meer recentelijk, drones inzette. De lange landingsbaan maakte het ook bruikbaar als burgerluchthaven: toen demonstranten in 2008 de luchthavens van Bangkok blokkeerden, werd U-Tapao volgens Wikipedia tijdelijk de extra internationale toegangspoort van Thailand. Een tweede terminal werd geopend in februari 2019, een uitbreiding in zes fasen met als doel 60 miljoen passagiers per jaar te verwerken werd goedgekeurd in 2022, en de bouw van de eerste fase, inclusief een tweede landingsbaan, begon in november 2025. Tussen oktober 2023 en september 2024 verwerkte de luchthaven 370.210 passagiers en 5.788 vliegtuigbewegingen.

De Amerikanen zijn teruggekeerd als gasten. Wikipedia vermeldt dat hier na de tsunami in de Indische Oceaan in december 2004 een multinationaal hoofdkwartier voor tsunamihulp was gevestigd, en dat er na de cycloon Nargis in mei 2008 36 Amerikaanse C-130-vluchten naar Myanmar plaatsvonden. Ook meldt Wikipedia dat Thailand Amerikaanse vliegtuigen die naar Irak en Afghanistan vlogen toestond de basis te gebruiken, en dat gepensioneerde inlichtingenofficieren hebben verklaard dat gevangenen, waaronder Abu Zubaydah, hier mogelijk zijn ondervraagd; het standpunt van de Thaise regering over deze bewering kon niet worden achterhaald in de geraadpleegde bronnen. In mei 2026 heeft Airbus U-Tapao aangewezen als basis voor de twee nieuwe C295's van de marine.