En ansökan har lämnats in om att förlänga Advanced Manufacturing and Research Centre Campus (AMRC) på platsen för den gamla Sheffield Airport.
Centret är redan hem för ett antal högteknologiska företag, inklusive en £110m Rolls Royce jetmotor fabrik.
Om den nya anläggningen godkänns kommer den att utvecklas under de kommande tio åren.
Platsen ligger vid gränsen mellan Rotherham och Sheffield och stängdes för kommersiell flygning 2008, även om den fortfarande är basen för South Yorkshire Police's helikopter.
Företagsparken, som är hem för ett utbildningscenter och en kärnforskningsanläggning, öppnades 2012.
En ny 43 miljoner pund "flexibel fabrik" byggs i ett partnerskap mellan universitetet i Sheffield och företag inklusive Boeing.
Förutom nya forskningsanläggningar skulle även kontor och arbetsplatser byggas.
James Newman, ordförande i Sheffield City Region Local Enterprise Partnership, sade att han hoppades att expansionen skulle uppmuntra fler företag att investera i området.
"De kommer att vara mitt i nervcentrum för avancerad tillverkning", sade han.
"Alla runt omkring dem kommer att vara människor som gör toppforskning inom kärnteknik, flyg- och rymdteknik och andra högteknologiska industrier."
"Om vi kan få högteknologiska jobb så är det vad vi vill."
Planer på att bygga ut ett forskningscentrum vid universitetet i Sheffield skulle kunna skapa mer än 1.800 nya arbetstillfällen, har man hävdat.