กองทัพเรือมีกำเนิดควบคู่มากับการสร้างอาณาจักรไทยนับตั้งแต่กรุงสุโขทัยเป็นราชธานี กองทัพไทยในสมัยเดิมนั้นมีเพียงทหารเหล่าเดียวมิได้แบ่งแยกออกเป็นกองทัพบก กองทัพเรือ และกองทัพอากาศ อย่างเช่นในสมัยปัจจุบัน หากยาตราทัพไปทางบกก็เรียกว่า ทัพบก หากยาตราทัพไปทางเรือก็เรียกว่า ทัพเรือ การจัดระเบียบการปกครองบังคับบัญชากองทัพไทยในยามปกติยังไม่มีแบบแผนที่แน่นอน ในยามศึกสงครามได้ใช้ทหารทัพบกและทัพเรือรวมๆ กันไป ในการ ยาตราทัพเพื่อทำศึกสงครามภายในอาณาจักรหรือนอกอาณาจักร ก็มีความจำเป็นต้องใช้เรือเป็นพาหนะในการลำเลียงทหารและเครื่องศัสตราวุธ เรือนอกจากจะสามารถลำเลียงเสบียงอาหารได้คราวละมากๆ แล้ว ยังสามารถลำเลียงอาวุธหนัก เช่น ปืนใหญ่ ไปได้สะดวกและรวดเร็วกว่าทางบกด้วย จึงนิยมยกทัพไปทางเรือจนสุดทางน้ำแล้วจึงยกทัพต่อไปทางบก กิจการทหารเรือดำเนินไปเช่นนี้จนถึงสมัยต้นกรุงรัตนโกสินทร์

พ.ศ. 2394 ในสมัยพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว กิจการทหารเรือเริ่มแบ่งออกมาชัดเจน และแบ่งเป็น 2 ส่วน คือ ทหารเรือวังหลวง (ทหารมะรีนสำหรับเรือรบ) ขึ้นตรงกับสมเด็จเจ้าพระยาบรมมหาศรีสุริยวงศ์ (ช่วง บุนนาค) สมุหพระกลาโหม และทหารเรือวังหน้า ขึ้นตรงกับพระบาทสมเด็จพระปิ่นเกล้าเจ้าอยู่หัว โดยทหารเรือวังหน้ามีหน่วยขึ้นในสังกัด คือ กรมเรือกลไฟ กรมอาสาจาม และกองทะเล (บางทีเรียกว่ากองกะลาสี) ส่วนกรมอรสุมพลมีหน่วยขึ้นในสังกัด คือ กรมเรือกลไฟ กรมอาสามอญ และกรมอาสาจาม ซึ่งทหารทั้งสองหน่วยนี้เป็นอิสระจากกัน

พ.ศ. 2408 ในสมัยต้นรัชกาลพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว การปกครองประเทศยังเป็นระบบจตุสดมภ์อยู่โดยมีกรมพระกลาโหมว่าการฝ่ายทหาร ในขณะนั้นกิจการฝ่ายทหารเรือแบ่งออกเป็น 2 ส่วน คือ ทหารเรือวังหน้า หรือทหารเรือฝ่ายพระราชวังบวร ขึ้นตรงกับกรมพระราชวังบวรสถานมงคล (กรมพระราชวังบวรวิชัยชาญ) และทหารเรือวังหลวง หรือกรมอรสุมพล ขึ้นตรงกับสมเด็จเจ้าพระยาบรมมหาศรีสุริยวงศ์ และต่อมาในปี พ.ศ. 2412 ขึ้นตรงกับเจ้าพระยาสุรวงศ์ไวยวัฒน์ สมุหพระกลาโหม

พ.ศ. 2415 พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยูหัว ได้ทรงปรับปรุงหน่วยทหารในกองทัพขึ้นใหม่ โดยแบ่งออกเป็น 9 หน่วย โดยในส่วนของทหารเรือวังหลวง คือ กรมทหารเรือพระที่นั่ง (เวสาตรี) และกรมอรสุมพล

พ.ศ. 2428 กรมพระราชวังบวรสถานมงคลเสด็จทิวงคต ทหารเรือวังหน้าได้ถูกยุบเลิกไป จึงทำให้ทหารเรือในขณะนั้นมี 2 ส่วน คือ กรมทหารเรือพระที่นั่ง ขึ้นตรงกับพระบาทสมเด็จพระเจ้าจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ส่วนกรมอรสุมพล ขึ้นตรงกับเจ้าพระยาสุรวงศ์ไวยวัฒน์ สมุหพระกลาโหม

8 เมษายน พ.ศ. 2430 พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ได้ทรงสถาปนาสมเด็จพระบรมโอรสาธิราช เจ้าฟ้ามหาวชิรุณหิศ สยามมกุฎราชกุมาร ดำรงตำแหน่งเป็นผู้บังคับบัญชาทั่วไปในกรมทหาร (Commander-in-chief) ตาม โบราณราชประเพณี เพื่อให้เกิดการประสานงานที่มีประสิทธิภาพระหว่างหน่วยทหารต่างๆ พร้อมกับประกาศจัดการทหาร โดยจัดตั้งกรมยุทธนาธิการขึ้น ซึ่งเป็นการรวมกองทหารบกและกองทหารเรือเอาไว้ด้วยกัน ทั้งหมด ขึ้นตรงกับสมเด็จพระบรมโอรสาธิราช เจ้าฟ้ามหาวชิรุณหิศ สยามมกุฎราชกุมาร แต่ในระหว่างที่ยังทรงพระเยาว์ ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้ สมเด็จพระเจ้าน้องยาเธอ เจ้าฟ้าภาณุรังษีสว่างวงศ์ กรมพระภาณุพันธุวงศ์วรเดช เป็นผู้แทนผู้บังคับบัญชาการทั่วไปในกรมทหาร สำหรับกองทหารเรือทรงตั้ง นายพลเรือโท พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าสายสนิทวงศ์ เป็นเจ้าพนักงานใหญ่ผู้ช่วยบัญชาการทหารเรือ (Secretary to the Navy) มีหน้าที่ คือ ให้จัดการทั้งปวงที่เกี่ยวข้องกับกฎหมายข้อบังคับทหารเรือ จำนวนผู้คนในทหารเรือ การฝึกหัดทหารเรือ เรือรบหลวง และพาหนะทางเรือ

1 เมษายน พ.ศ. 2433 ได้มีการยกเลิกประกาศจัดการทหาร พ.ศ. 2430 และได้มีการตราพระราชบัญญัติจัดการกรมยุทธนาธิการขึ้นแทน โดยให้เรียกกรมยุทธนาธิการใหม่ว่ากระทรวงยุทธนาธิการ (Ministry of War and Marine) แบ่งออกเป็น 2 กรม คือ กรมทหารบกและกรมทหารเรือ โดยทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้ นายพลโท พระวรวงศ์เธอ กรมหมื่นปราบปรปักษ์ เป็นผู้บัญชาการทหารเรือ (Chief Staff of the Navy) และแบ่งส่วนราชการออกเป็นกรมกลาง กองบัญชีเงิน กรมคลังพัสดุทหารเรือ กองเร่งชำระ กรมคุกทหารเรือ กรมอู่ กรมช่างกล โรงพยาบาลทหารเรือ ทหารนาวิกโยธิน เรือรบหลวงและเรือพระที่นั่งประจำการ

พ.ศ. 2435 ได้มีการจัดระเบียบการปกครองแผ่นดินใหม่ และยกเลิกการปกครองแบบจตุสดมภ์ กำหนดให้มีกระทรวงในราชการ โดยกระทรวงมหาดไทย มีหน้าที่ปกครองบรรดาหัวเมืองต่างๆ ทั่วพระราชอาณาจักร เป็นผลให้กระทรวงกลาโหม ไม่ต้องยุ่งเกี่ยวกับการปกครองทางหัวเมือง คงมีหน้าที่เกี่ยวกับราชการทหารอย่างเดียว จึงได้โอนกรมทหารเรือมาขึ้นกับกระทรวงกลาโหม

11 ธันวาคม พ.ศ. 2453 พระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้เลื่อนฐานะกรมทหารเรือเป็นกระทรวงทหารเรือ และในวันเดียวกันนั้นก็ได้ประกาศแต่งตั้งจอมพลเรือ สมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ เจ้าฟ้าบริพัตรสุขุมพันธุ์ กรมพระนครสวรรค์วรพินิต เป็นเสนาบดีกระทรวงทหารเรือ

8 พฤศจิกายน พ.ศ. 2474 พระบาทสมเด็จพระปกเกล้าเจ้าอยู่หัว ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้รวมกระทรวงทหารเรือกับกระทรวงทหารบกเป็นกระทรวงเดียวกัน ภายใต้นามกระทรวงกลาโหม เนื่องจากภาวะเศรษฐกิจตกต่ำทั่วโลก เป็นผลทำให้ประเทศไทยได้รับผลกระทบกระเทือนดังกล่าวนี้ด้วย ทำให้ฐานะทางการเงินและเศรษฐกิจของประเทศอยู่ในภาวะตกต่ำ จำเป็นต้องพิจารณาตัดทอนรายจ่ายของประเทศให้น้อยลงให้สมดุลกับรายได้ เป็นผลทำให้มีการปรับปรุงการจัดระเบียบราชการใหม่ด้วย โดยแต่งตั้งให้นายพลเรือเอก พระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมหลวงสิงหวิกรมเกรียงไกร เสนาบดีกระทรวงทหารเรือเดิมเป็นเสนาบดีกระทรวงกลาโหม

พ.ศ. 2475 มีการเปลี่ยนแปลงระบอบการปกครองประเทศ กองทัพเรือถูกลดฐานะเป็นเพียงกรมทหารเรือเช่นเดิม กรมต่างๆ ของทหารเรือลดฐานะมาเป็นกองทั้งหมด เว้นแต่กรมเสนาธิการทหารเรือเท่านั้น นอกจากนั้นส่วนราชการของทหารเรือบางส่วนซึ่งได้เอาไปรวมกับฝ่ายทหารบกก็กลับมาสังกัดอยู่ในกรมทหารเรือตามเดิม

30 พฤศจิกายน พ.ศ. 2476 พระบาทสมเด็จพระปกเกล้าเจ้าอยู่หัว ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้เปลี่ยนชื่อกรมทหารเรือเป็นกองทัพเรือ ให้เป็นการสอดคล้องกับการเรียกชื่อส่วนรวมของทหารบกว่ากองทัพบก และขึ้นตรงต่อกระทรวงกลาโหม โดยแบ่งส่วนราชการออกเป็น 4 ส่วน คือ กรมเสนาธิการทหารเรือ กองเรือรบ สถานีทหารเรือกรุงเทพ กรมอู่ทหารเรือ กรมสรรพาวุธทหารเรือ และกรมอุทกศาสตร์

พ.ศ. 2510 พ.ศ. 2519 และ พ.ศ. 2521 ได้มีการแบ่งส่วนราชการกองทัพเรือออกเป็น 25 หน่วย ตามพระราชกฤษฎีกาแบ่งส่วนราชการและกำหนดหน้าที่ส่วนราชการกองทัพเรือ กองบัญชาการทหารสูงสุด กระทรวงกลาโหม พ.ศ. 2510 พ.ศ. 2519 และ พ.ศ. 2521 นอกจากนั้นเพื่อความสะดวก ทางกองทัพเรือได้จัดกลุ่มหน่วยราชการทั้ง 25 หน่วยขึ้นเป็น 5 ส่วนราชการ คือ ส่วนบัญชาการ ส่วนกำลังรบ ส่วนยุทธบริการ ส่วนการศึกษา และส่วนกิจการพิเศษ

13 กรกฎาคม พ.ศ. 2528 ได้มีการเพิ่มกรมการขนส่งทหารเรือขึ้นในส่วนยุทธบริการ และเปลี่ยนชื่อโรงเรียนนายทหารเรือเป็นสถาบันวิชาการทหารเรือชั้นสูง

15 เมษายน พ.ศ. 2530 จัดตั้งสำนักงานตรวจบัญชีทหารเรือเพิ่มเติม

พ.ศ. 2538 ได้มีการจัดส่วนราชการใหม่ตามพระราชกฤษฎีกาแบ่งส่วนราชการและกำหนดหน้าที่ของส่วนราชการกองทัพเรือ กองบัญชาการทหารสูงสุด กระทรวงกลาโหม พ.ศ. 2538 และแก้ไขเพิ่มเติม (ฉบับที่ 2) พ.ศ. 2540 โดยแบ่งส่วนราชการออกเป็น 35 หน่วย และจัดเป็นกลุ่มส่วนราชการ 4 ส่วน คือ ส่วนบัญชาการ ส่วนกำลังรบ ส่วนยุทธบริการ และส่วนการศึกษา

1 เมษายน พ.ศ. 2552 ได้มีการจัดส่วนราชการใหม่ตามพระราชกฤษฎีกาแบ่งส่วนราชการและกำหนดหน้าที่ของส่วนราชการกองทัพเรือ กองทัพไทย กระทรวงกลาโหม พ.ศ. 2552.[3] โดยแบ่งส่วนราชการออกเป็น 36 หน่วย และจัดเป็นกลุ่มส่วนราชการ 4 ส่วน คือ ส่วนบัญชาการ ส่วนกำลังรบ ส่วนยุทธบริการ และส่วนการศึกษาและวิจัย ทั้งนี้มีการเปลี่ยนแปลงดังนี้ คือ ในส่วนบัญชาการ ได้เปลี่ยนชื่อกรมสื่อสารทหารเรือเป็นกรมการสื่อสารและเทคโนโลยีสารสนเทศทหารเรือ และสำนักงานตรวจบัญชีทหารเรือเป็นสำนักงานตรวจสอบภายในทหารเรือ รวมทั้งจัดตั้งส่วนราชการใหม่เพิ่มเติม คือ สำนักงานจัดหายุทโธปกรณ์ทหารเรือ และสำนักงานพระธรรมนูญทหารเรือ ในส่วนกำลังรบ ได้ยุบกองเรือป้องกันฝั่ง และจัดตั้งส่วนราชการใหม่ คือ ทัพเรือภาคที่ 1 2 และ 3 รวมทั้งปรับลดฐานทัพเรือสงขลาและพังงาจากหน่วยขึ้นตรงกองทัพเรือไปเป็นหน่วยขึ้นตรงทัพเรือภาคที่ 2 และ 3 ตามลำดับ ในส่วนยุทธบริการ ได้ย้ายสำนักงานวิจัยและพัฒนาการทางทหารกองทัพเรือไปอยู่ในส่วนการศึกษาและวิจัยแทน และให้กรมอุทกศาสตร์มาอยู่ในส่วนยุทธบริการ สำหรับในส่วนการศึกษาและวิจัย ได้มีการยุบสถาบันวิชาการทหารเรือชั้นสูง