ก่อนหน้านี้ กองบัญชาการทหารสูงสุดได้จัดตั้งขึ้นมาแล้ว 2 ครั้ง ครั้งแรกในช่วงปี พ.ศ. 2483 เนื่องในกรณีพิพาทอินโดจีนฝรั่งเศส และในปีถัดมา จากการที่ไทยเข้าร่วมสงครามมหาเอเชียบูรพา เพื่อทำหน้าที่ด้านบัญชาการรบในแต่ละคราว จัดเป็นกองบัญชาการเฉพาะกิจ โดยมีจอมพล ป. พิบูลสงคราม นายกรัฐมนตรีในเวลานั้น ดำรงตำแหน่งผู้บัญชาการทหารสูงสุด ซึ่งเมื่อเสร็จสิ้นสงครามแต่ละคราวแล้ว ทางราชการจึงได้ยุบกองบัญชาการทหารสูงสุดลง

ตำแหน่งผู้บัญชาการทหารสูงสุดได้รับการรื้อฟื้นอีกครั้ง เมื่อจอมพลสฤษดิ์ ธนะรัชต์ ได้รับพระบรมราชโองการโปรดเกล้าฯ ให้ดำรงตำแหน่งผู้บัญชาการทหารสูงสุด ในวันที่ 27 กันยายน พ.ศ. 2500 โดยมีกรมเสนาธิการกลาโหม กระทรวงกลาโหม ทำหน้าที่เป็นส่วนบัญชาการของผู้บัญชาการทหารสูงสุด

ต่อมา ใน พ.ศ. 2503 ทางราชการได้เล็งเห็นความจำเป็นในการจัดตั้งกองบัญชาการทหารสูงสุดเป็นการถาวร เพื่อทำหน้าที่ในการเตรียมกำลังรบและป้องกันประเทศ จึงได้มีการแปรสภาพกรมเสนาธิการกลาโหมเป็นกองบัญชาการทหารสูงสุด พร้อมทั้งปรับปรุงและเพิ่มหน่วยงานต่างๆ เพื่อให้สามารถดำเนินได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตามพระราชบัญญัติจัดระเบียบราชการกระทรวงกลาโหม พุทธศักราช 2503

ในระยะเริ่มแรก กองบัญชาการทหารสูงสุด ได้แบ่งส่วนราชการออกเป็น 4 ฝ่าย คือ ฝ่ายเสนาธิการ ฝ่ายกิจการพิเศษ ฝ่ายยุทธบริการ และฝ่ายการศึกษา ต่อมาได้มีการปรับโครงสร้างองค์กรอีกหลายครั้ง จนกระทั่งในปัจจุบันนี้ กองบัญชาการทหารสูงสุดจึงได้แบ่งส่วนราชการออกเป็น 5 ส่วน คือ ส่วนบังคับบัญชา ส่วนเสนาธิการร่วม ส่วนปฏิบัติการ ส่วนกิจการพิเศษ และส่วนการศึกษา[3]

ใน พ.ศ. 2551 ได้มีการจัดส่วนราชการในกระทรวงกลาโหมใหม่ ตามพระราชบัญญัติจัดระเบียบราชการกระทรวงกลาโหม พุทธศักราช 2551 ประกาศใช้เมื่อวันที่ 31 มกราคม พ.ศ. 2551 ซึ่งตามมาตรา 17 ของพระราชบัญญัติฉบับนี้ กองบัญชาการทหารสูงสุดได้แปรสภาพเป็นกองบัญชาการกองทัพไทย โดยเป็นส่วนราชการในกองทัพไทย กระทรวงกลาโหม มีหน้าที่ควบคุม อำนวยการ สั่งการ และกำกับดูแลการดำเนินงานของส่วนราชการในกองทัพไทย ในการเตรียมกำลัง การป้องกันราชอาณาจักร และการดำเนินการเกี่ยวกับการใช้กำลังทหารตามอำนาจหน้าที่ของกระทรวงกลาโหมให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด มีผู้บัญชาการทหารสูงสุดเป็นผู้รับผิดชอบ[1][4]