De marine kreeg in 1939 de controle over haar vliegtuigen terug van de RAF en had plotseling eigen vliegvelden nodig. De luchtmachtdivisie van de Admiraliteit nam dat jaar 417 hectare grond in de buurt van Ilchester in gebruik. De grond was zwaar en nat, en door drainageproblemen werden de landingsbanen, één hoofdbaan van 1110 meter en drie van 914 meter, pas in 1941 voltooid, hoewel Wikipedia al in maart 1940 een bevelvoerend officier, kapitein Harry Murray-Smith, vermeldt. De Luftwaffe bombardeerde het vliegveld meerdere malen vanaf 1940.

De eerste taak was training. Na de bombardementen op Ford verhuisde 750 Naval Air Squadron van RNAS Ford naar Yeovilton, gevolgd door 751 en 752 Squadrons. Ook werd de Naval Air Fighter School opgericht en 794 Squadron voor luchtschietoefeningen. Westland, met een fabriek een paar kilometer verderop in Yeovilton, bouwde een reparatiewerkplaats op het terrein. In mei 1943 was 827 Squadron hier met Albacores, en het werd het eerste squadron dat de Barracuda in grote aantallen ontving. Tegen 1942 was het vliegveld zo vol dat er satellietbases werden geopend in Charlton Horethorne en Henstridge, met een luchtverkeersradarcentrum in Speckington Manor. Na de oorlog werd Yeovilton een demobilisatiecentrum.

In 1952 werd Yeovilton de kustbasis voor de allweather-gevechtsvliegtuigen van de marine, en Taylor Woodrow verlengde de landingsbanen voor straaljagers in 1952 en opnieuw in 1957. De Sea Venom maakte plaats voor de Sea Vixen, en in 1969 voor de Phantom FG1: 892 Naval Air Squadron werd eind maart 1969 in gebruik genomen als de eerste operationele Phantom-eenheid van de Royal Navy, met Yeovilton als eerste thuisbasis voordat het naar RAF Leuchars in Fife verhuisde. Tijdens de training vlogen drie van de vliegtuigen mee in de transatlantische luchtrace van 1969, en één ervan vestigde een west-oostrecord van 4 uur en 46 minuten dat vijf jaar lang standhield.

Het einde van de grote vliegdekschepen in de jaren 70 had een einde kunnen maken aan de frontlinie-rol van Yeovilton. In plaats daarvan verhuisde de Flag Officer Naval Air Command hierheen vanuit Lee-on-Solent, vestigden de commando-helikoptereskaders (Wessex HU5, later Sea King HC4) zich er, en in 1979 arriveerde de eerste productieversie van de Sea Harrier voor 700A Naval Air Squadron, de testeenheid. In maart 1980 werd dit 899 Squadron, het hoofdkwartier aan land voor dit type, en er werd een skischans op het vliegveld gebouwd voor trainingen. Gedurende 27 jaar waren alle Sea Harrier-eskaders aan de frontlinie, 800, 801 en 899, hier gestationeerd, totdat het type op 29 maart 2006 werd uitgefaseerd en de eskaders werden opgeheven.

In de defensieherziening van 2010 werd besloten dat de Merlin HC3-transporthelikopters van de RAF zouden worden overgedragen aan de marine ter vervanging van de verouderde Sea King HC4. Marinebemanningen sloten zich in 2012 aan bij de RAF Merlin-vloot in Benson; op 30 september 2014 werd No. 78 Squadron RAF ontbonden tijdens een overdrachtsceremonie en nam 846 Naval Air Squadron zijn plaats in. 846 verhuisde op 26 maart 2015 naar Yeovilton, 848 Squadron werd kortstondig nieuw leven ingeblazen om de laatste Sea Kings te vliegen, die in maart 2016 werden uitgefaseerd, en 845 Squadron verliet Benson voor Yeovilton op 16 juni 2016. De Merlins zijn sindsdien gemoderniseerd tot de HC4- en HC4A-standaard, geoptimaliseerd voor amfibische operaties vanaf schepen.

Tegelijkertijd werd Yeovilton de Wildcat-basis. Squadron 700W werd in mei 2009 opgericht als de operationele eenheid, de eerste Wildcat HMA2 arriveerde in januari 2013, Squadron 825 werd opgericht in juli 2014 en de laatste van de 28 marine-Wildcats werd in oktober 2016 geleverd; de Lynx HMA8 verliet de dienst in maart 2017. In het kader van Army 2020 bracht het Army Air Corps zijn Wildcat AH1-vloot hierheen vanaf oktober 2015. Het WINFRA-programma van 150 miljoen pond financierde nieuwe squadrongebouwen, messrooms en 508 eenpersoonskamers. Op 30 juni 2026 kondigde het Defensie-investeringsplan aan dat de AH1 vanaf 2027 uitgefaseerd zal worden en dat de maritieme Wildcat uiteindelijk zal worden vervangen door een autonoom vliegtuig.

Het Fleet Air Arm Museum opende in mei 1964 zijn deuren in Yeovilton en beschrijft zichzelf nu als Europa's grootste collectie marinevliegtuigen: meer dan 90 vliegtuigen en 30.000 artefacten in vier zalen, met uitzicht op het operationele vliegveld. Het topstuk onder de civiele tentoonstellingsobjecten is Concorde 002, de eerste in Groot-Brittannië gebouwde Concorde, die volgens het museum vijftig jaar geleden zijn eerste vlucht maakte. In 2023 werd zaal 4 herbouwd als een replica van het vliegdek van de HMS Ark Royal zoals die er in de jaren 70 uitzag. Het museum telde 80.338 bezoekers in 2025.

Het station hield ook de vlieggeschiedenis van de marine levend. De Royal Navy Historic Flight, opgericht in 1972 in Yeovilton om met de Swordfish, Sea Fury, Firefly en Sea Hawk te vliegen, staakte haar activiteiten op 31 maart 2019. De vier vliegtuigen, met een geschatte waarde van ongeveer 1,81 miljoen pond, werden geschonken aan de Fly Navy Heritage Trust en vliegen nu onder de civiele naam Navy Wings. De Yeovilton Air Day, die elk jaar in juli wordt gehouden met vliegdemonstraties en een commando-helikopteraanval, vond volgens Wikipedia voor het laatst plaats in 2019.