Op 18 augustus 1917 werd de Marine Luchtvaartdienst (MLD) officieel opgericht. Al enkele jaren eerder, in 1913, meldde de Eerste Kamer aan de minister van Marine dat het wenselijk zou zijn een vliegdienst voor de marine in het leven te roepen 'met het oog op de verkenningsdienst'. In datzelfde jaar was reeds de Luchtvaart Afdeling (LVA) bij de landmacht opgericht. De eerste MLD-vliegers genoten hun opleiding bij de LVA in Soesterberg. De noodzaak van aparte, maritiem opgeleide vliegers werd beargumenteerd door te stellen dat deze vliegers ook maritieme taken zouden moeten vervullen en derhalve behalve vliegtechnisch ook maritiem geschoold dienden te worden. Het eerste toestel dat de MLD in gebruik nam was de Farman F-22. Het eerste vliegkamp was De Mok op Texel, in 1918 gevolgd door de vliegkampen De Kooy, Veere en Schellingwoude.

Vanaf 1919 vloog de MLD ook in Nederlands-Indië voor de bewaking van de noordelijke zeetoegangen aldaar. De vliegkampen Tandjong Priok en Morokrembangan werden MLD-terrein. In 1926 konden met de introductie van Dornier Wal-vliegboten nu ook in Indië lange afstanden worden gevlogen. Het zwaartepunt van de MLD operaties lag vanaf dat moment voornamelijk in de 'Oost'. Er werden in de archipel voornamelijk verkenningsvluchten uitgevoerd. Aan het begin van de Tweede Wereldoorlog beschikte de MLD in Nederlands-Indië over 34 Dornier 24K vliegboten, 25 Catalina's, acht Fokker C-XI W drijvervliegtuigen voor de kruisers en tien verouderde Fokker T-IVa's. Bij de Japanse invasie in maart 1942 weken de nog beschikbare vliegtuigen uit naar Colombo en Australië of werden ze vernietigd door het eigen MLD-personeel. Nieuwe vliegers werden nu opgeleid bij The Royal Netherlands Military Flying School in Jackson, Mississippi. Deze vliegers werden deels ondergebracht bij de Militaire Luchtvaart (ML)-KNIL en het wapen der Militaire Luchtmacht, dat nog officieel onderdeel was van de landmacht.

In Nederland beschikte de MLD aanvankelijk tot 1938 niet meer over oorlogsvliegtuigen. Enkele landmachttoestellen, gestationeerd op vliegveld De Kooy met het doel vlootbasis Den Helder te verdedigen, werden door de Duitsers vernietigd. Een aantal MLD-vliegers wist met een achttal Fokkers T-VIIIW torpedo/bommenwerpers naar Engeland te vluchten. Zij vormden de basis van de later dat jaar opgerichtte 320 en 321 Squadrons, die onderdeel uitmaakten van de Royal Air Force (RAF). In 1941 ging 321 Squadron op in het 320 Squadron, in 1943 werd deze eenheid ingedeeld bij de 2nd Tactical Air Force van de RAF. 320 Squadron voerde gedurende de oorlog zo'n 3500 opdrachten uit en verloor 140 man.

Na de oorlog werden vliegkampschepen steeds belangrijker en werd de Hr.Ms. Karel Doorman in dienst gesteld van de Marine. De MLD nam sterk in omvang toe. Gedurende de jaren vijftig beschikte het over vier vliegkampen, elf vliegtuigsquadrons en ruim 2000 man personeel. Ook werden begin jaren vijftig de eerste helikopters aangeschaft. Daar waar de taken zich eerder hadden geconcentreerd op aanvallen van land- en zeedoelen bestond het nieuwe takenpakket in het Koude Oorlogtijdperk voornamelijk uit onderzeebootbestrijding. De MLD vond in die periode een onderkomen op Curaçao en verplaatste haar activiteiten na de soevereiniteitsoverdracht van Indonesië in 1949 tot 1962 naar Biak op Nieuw-Guinea.