1988年4月,海南省政府向国务院请求兴建一座新机场。1993年12月,国务院、中央军委批准海南省政府的请求,同意美兰机场工程立项。1994年12月,美兰机场工程指挥部成立。1995年4月,从国家计委,直至国务院逐级批准了美兰机场工程可行性研究报告。1996年5月,国家计委批复美兰机场工程初步概算;同年11月,批准开工建设。1998年8月,海口美兰机场有限责任公司登记注册,同年10月,国家发展计划委员会批复同意,海口美兰机场建设资本金为8亿元。1999年3月25日至27日,机场通过民航业竣工验收。1999年5月25日,海口美兰机场正式启用。2003年12月26日,由海南美兰国际机场股份有限公司出资4.34亿元人民币,兴建海口美兰国际机场航站楼及站坪二期续建工程。2005年12月22日,该工程通过了国家行业验收,并于2005年12月31日零时投入使用。2011年12月21日,海口美兰国际机场成为中国国内首家拥有离岛免税店的机场。2012年3月21日,国家发改委批复同意实施海口美兰国际机场二期扩建工程。2013年8月14日,海口美兰国际机场国际航站楼投入使用。2015年,机场西指航站楼建设完成并投入使用,使得机场航站楼面积达14万平方米。2015年1月11日,海口美兰国际机场西站坪投入试运行。2016年1月,机场老楼完成改造,改造范围包括国内航站楼一楼迎客大厅、二楼出发大厅和候机大厅、三楼头等舱等区域。2016年11月,机场完成东指廊五星创建改造,改造范围包括一楼增加远机位4个、二楼候机大厅等区域。2017年9月29日,海航现代物流集团旗下的海口美兰国际机场和云商智慧物流有限公司在海口与百度公司共同签署战略合作协议。