Aastail 1940-1941 rajas Eestit okupeeriv Nõukogude Liit praeguse lennubaasi kohale oma militaarlennuvälja. Pärast sõda toimis Ämaris varulennuväli, mis 1952. aastal muudeti põhilennuväljaks. 1970. ja 1980. aastatel baseerusid seal peamiselt merelennuväe ründelennukid Su-24 ning transpordilennukid.
Eesti Vabariik sai Ämari lennuvälja oma käsutusse 1994. aastal. Kahe aasta pärast läks lennuväli kaitseministeeriumi haldusesse. Lennubaas kui õhuväe üksus asutati 15. mail 1997. aastal.
Aastani 2004 asus lennubaasis ka ajateenijate väljaõppekeskus ning ajateenijad moodustasid lennubaasi sõjaväepolitsei eskadrilli, mille ülesanne oli tagada baasi julgeolek ja kaitse. Tänapäeval moodustavad baasi isikkoosseisu ainult tegevteenistuses olevad kaadrikaitseväelased ja tsiviilteenistujad.