ฐานบินเชียงใหม่ เดิมชื่อว่า สนามบินสุเทพ ก่อตั้งขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2464 ซึ่งเป็นปีเดียวกันกับการก่อสร้างทางรถไฟสร้างมาถึงจังหวัดเชียงใหม่ ซึ่งเป็นรัชสมัยของ เจ้าแก้วนวรัฐ เจ้าผู้ครองนครเชียงใหม่องค์ที่ 9 ซึ่งก่อตั้งขึ้นตามดำริของ นายพลโท หม่อมเจ้าบวรเดช ดำรงตำแหน่งอุปราชมณฑลพายับในเวลานั้น และเลือกพื้นที่บริเวณเชิงดอยสุเทพซึ่งขณะนั้นมีสภาพเป็นป่าไผ่ จนการก่อสร้างเสร็จสิ้นจึงส่งมอบให้กระทรวงกลาโหมเป็นผู้ดูแล รวมถึงได้รวบรวมเงินทุนจากเจ้าผู้ครองนคร เจ้านายทางฝ่ายเหนือ ข้าราชการ พ่อค้า และราษฎร์เพื่อซื้ออากาศยานให้กับกองทัพไว้ใช้งานในราชการโดยสามารถซื้อเครื่องบินแบบเบร์เกต 14 ขนาด 2 ที่นั่ง ปีกสองชั้นซึ่งออกแบบมาสำหรับการทิ้งระเบิด และถูกดัดแปลงเป็นเครื่องบินโดยสารในเวลาต่อมา ชื่อว่า จังหวัดเชียงใหม่ 1[5]

สนามบินสุเทพเปิดใช้งานอย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 16 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2466 โดยใช้เครื่องบินจังหวัดเชียงใหม่ 1 บินมาแตะพื้นรันเวย์เป็นปฐมฤกษ์ ซึ่งทางจังหวัดได้จัดให้มีการเฉลิมฉลองสนามบินใหม่เป็นระยะเวลา 4 วัน 4 คืนติดต่อกัน ระหว่างวันที่ 16-19 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2466 และสามารถรวบรวมเงินจากการจัดงานดังกล่าวจนสามารถซื้อเครื่องบินได้อีกลำ ชื่อว่า จังหวัดเชียงใหม่ 2[5]

ต่อมาในปี พ.ศ. 2485 ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง กองทัพอากาศได้ใช้สนามบินเชียงใหม่ในการวางกำลังและจัดตั้งกองบินน้อยผสมที่ 90 สำหรับเป็นฐานบินในการปฏิบัติการทางอากาศและสนับสนุนการรบภาคพื้นดิน[5]ของกองทัพพายับ โดยนำกำลังมาประจำการเมื่อวันที่ 19 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2485 โดยใช้อากาศยานจากฝูงบินขับไล่ที่ 22 (จากฐานบินโคราช) คือเครื่องบินฮ๊อร์ค 2 (เครื่องบินขับไล่แบบที่ 8) จำนวน 9 ลำ ฝูงบินขับไล่ที่ 42 (จากสนามบินเนินพลอยแหวน จังหวัดจันทบุรี) คือเครื่องบินคอร์แซร์ (เครื่องบินโจมตีแบบที่ 1) จำนวน 10 ลำ รวมถึงเครื่องบินแฟรไซล์ด 24 เจ (เครื่องบินสื่อสารแบบที่ 1) ซึ่งเพื่อป้องกันการยิงฝ่ายเดียวกัน ทำให้อากาศยานของกองทัพอากาศไทยได้ใช้สัญลักษณ์ธงช้างแทนธงชาติไทยแบบวงกลมที่ใต้ปีกและตัวเครื่อง[6] นอกจากนี้กองทัพบกญี่ปุ่นได้นำเครื่องบินแบบฮายาบูซาจำนวน 2 กองบิน กองบินละ 3 ฝูงบิน ฝูงบินละ 25 ลำ พร้อมกับเครื่องบินขนาดหนักอีก 1 กองบิน รวม 27 ลำมาปฏิบัติการในพื้นที่เชียงใหม่ เชียงราย ลำปาง จึงทำให้ต้องสร้างสนามบินเพิ่มขึ้นในส่วนภูมิภาค เช่น ตำบลบ้านกลาง จังหวัดลำพูน บ้านสันข้าวแคบ อำเภอสันตำแพง และในจังหวัดเชียงราย ลำปาง แพร่[6]

วันที่ 6 มีนาคม พ.ศ. 2485 เวลาประมาณ 15.00 น. เครื่องบินรบฝ่ายสัมพันธมิตรแบบมัสแตง พี-51 จากฝูงบิน กองบินเสือสหรัฐจากฐานทัพเมืองคุณหมิง จำนวน 7 ลำ ได้ทิ้งระเบิดบริเวณสนามบินเชียงใหม่ และเกิดการโจมตีบริเวณสนามบินอีกไม่ต่ำกว่า 10 ครั้งหลังจากนั้น[6]

ในช่วงสงครามเย็น กองทัพอากาศได้ส่งเครื่องบินโจมตีแบบที่ 8 (เอที 6 จี) จากฝูงบินพิเศษที่ 2 กองบินน้อยที่ 1 ดอนเมือง จำนวน 4-6 ลำ มาปฏิบัติการชายแดนยังสนามบินเชียงใหม่ ผลัดละ 2-6 เดือน ซึ่งเป็นช่วงเดียวกันกับการปรับปรุงเส้นทางวิ่งสนามบินเป็นทางวิ่งขนาดความยาว 1,100 เมตร (3,609 ฟุต) กว้าง 32 เมตร (105 ฟุต) ผิวหินลาดยาง มีหอบังคับการบินและฝ่ายดับเพลิง และส่งเครื่องบินขับไล่แบบที่ 15 (แบร์แคท) จากฝูงบินขับไล่ที่ 12 กองบินน้อยที่ 1 ดอนเมือง มาหมุนเวียนราว 4-6 ลำ[6]

ในช่วงสงครามเวียดนาม พ.ศ. 2500 รัฐบาลสหรัฐได้ให้ความช่วยเหลือด้านงบประมาณมายังกองทัพอากาศไทยในการปรับปรุงฐานบิน 4 แห่ง ที่อุดรธานี อุบลราชธานี โคราช และเชียงใหม่ ให้สามารถรองรรับเครื่องบินที่มีขนาดใหญ่ได้มากขึ้น และรองรับเครื่องบินได้มากขึ้น[6] โดยมีการปรับปรุงพื้นผิวทั้งทางวิ่งและลานจอดให้เป็นคอนกรีตเสริมเหล็ก ความยาว 2,130 เมตร (6,988 ฟุต) กว้าง 32 เมตร (105 ฟุต) สำรองหัวท้ายทางวิ่งเป็นดินบดอัดอีกข้างละ 160 เมตร (525 ฟุต) รวมถึงก่อสร้างอาคารสนามบินเป็นอาคาร 2 ชั้น พร้อมกับหอบังคับการบินด้านบน ซึ่งใช้เวลาในการปรับปรุง 3 ปี และกลับมาเปิดอย่างเป็นทางการอีกครั้งในวันนที่ 11 มีนาคม พ.ศ. 2503[5] โดยรัฐบาลไทยได้รับมอบสนามบินเชียงใหม่จากรัฐบาลสหรัฐ และกองทัพอากาศไทยได้ใช้ฐานบินเป็นที่ประจำการเครื่องบินขับไล่ไอพ่นที่ทันสมัยที่สุดในเวลานั้น คือเครื่องบินขับไล่แบบที่ 17 เอฟ-86 เอฟ จากฝูงบินขับไล่ที่ 12 และ 13 กองบินน้อยที่ 1 ดอนเมือง ผลัดกันส่งเครื่องบินมาวางกำลัง รวมถึงกองทัพอากาศสหราชอาณาจักรซึ่งเป็นพันธมิตรในองค์การสนธิสัญญาป้องกันภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ (ซีโต) ส่งเครื่องบินแบบ ฮันเตอร์ และเครื่องบินขับไล่แบบอื่น ๆ มาประจำการ[6]

กองทัพอากาศได้จัดตั้ง ฝูงบินผสมที่ 221 ขึ้นเมื่อวันที่ 31 กรกฎาคม พ.ศ. 2507 เพื่อตอบสนองต่อภัยคอมมิวนิสต์ โดยประจำการที่สนามบินเชียงใหม่ โดยจัดเครื่องบินโจมตีแบบ 13 จำนวน 7 เครื่อง จากฝูงบินที่ 22 กองบิน 2 ลพบุรี โดยมีนาวาอากาศโท ชาญ ทองดี เป็นผู้บังคับฝูงบิน[6]

ในวันที่ 1 ตุลาคม พ.ศ. 2512 กองทัพอากาศได้ยกฐานะฝูงบินผสมที่ 221 ขึ้นเป็นฐานบินเชียงใหม่ โดยมี นาวาอากาศตรี อาคม อรรถเวทวรวุฒิ เป็นผู้บังคับฐานบินเชียงใหม่คนแรก อยู่ภายใต้การบัญชาการของกองบิน 2 โดยมีการส่งเครื่องบินโจมตีแบบที่ 5 โอวี-10 บรองโก มาประจำการที่ฐานบินพิษณุโลกและฐานบินเชียงใหม่[6]

ฐานบินเชียงใหม่โอนไปขึ้นกับกองบิน 4 ตาคลีและเปลี่ยนชื่อหน่วยเป็นฝูงบิน 41 กองบิน 4 เมื่อวันที่ 1 มิถุนายน พ.ศ. 2519[5] และยกฐานะฝูงบิน 41 ขึ้นเป็นกองบิน 41 เมื่อวันที่ 1 ตุลาคม พ.ศ. 2520[6]

ในปี พ.ศ. 2525 ได้มีการเวนคืนที่ดินทางตอนใต้ของฐานบินเพิ่มเติมเพื่อขยายทางวิ่งและเพิ่มลานจอดอากาศยาน และมีมติคณะรัฐมนตรีเมื่อวันที่ 7 สิงหาคม พ.ศ. 2527 ให้แยกสนามบินเชียงใหม่ออกจากความดูแลของกรมการบินพาณิชย์ตั้งแต่วันที่ 1 มีนาคม พ.ศ. 2531 โดยแบ่งการดูแลออกเป็น 2 ส่วนคือ กองบิน 41 รับผิดชอบทางด้านการทหารของฐานบินเชียงใหม่ และการท่าอากาศยานเป็นผู้รับผิดชอบด้านพลเรือนในการบินพาณิชย์[5]