elim'in reformlarını devam ettiren II. Mahmud devrinde donanma, 1827 yılında Navarin'de imha edildi. II. Mahmud döneminde Amerikalı mühendislerin yardımlarıyla reformlar devam etti, Osmanlı tersanelerine modern deniz sanayi girdi ve dönemin en büyük savaş gemisi unvanını elinde tutan "Mahmudiye" de o dönemde denize indirildi. II. Mahmud'un ölümünden sonra bu mühendisler İstanbul'u terk etmek zorunda bırakıldı, tahta çıkan Abdülmecid döneminde, 1840 yılında Bahriye meclisi kuruldu ve modern donanma çalışmaları devam etti. İlk denizcilik şirketi Şirket-i Hayriye de bu dönemde kurulmuştu. Abdülaziz döneminde ise, 1867 yılında Bahriye Nazırlığı kuruldu. Abdülaziz döneminde devam eden reformlar ile yabancı ülkelerden çok sayıda modern savaş gemisi satın alındı. 1878'den itibaren II. Abdülhamid'in güvensizliği sonucu donanma, Haliç'te terk edildi ve denize açılmadı. 1897 Osmanlı-Yunan Savaşı'nda Osmanlı donanması kendini gösteremedi, 1909 yılında Donanma Cemiyeti'nin çabaları ile modern donanma çalışmaları halkın bağışlarıyla devam etti. Bu cemiyetin çabaları ile çok sayıda modern savaş gemisi satın alındı, Alman subaylardan oluşan bir heyet ile reform çalışmaları canlandı. Trablusgarp Savaşı'nda ve Balkan Savaşları'nda Osmanlı donanması etkinlik gösterdi, fakat I. Dünya Savaşı'nda Ege Denizi'nde sınırlı faaliyet göstermek zorunda kalan donanma, Çanakkale Deniz Savaşları'nda başarılı oldu. I. Dünya Savaşı'nın ardından donanma, Marmara Denizi'nde İtilaf kuvvetlerinin kontrolü altına girdi.

1071 yılında yapılan Malazgirt Savaşı'ndan beri Anadolu'ya yerleşmekte olan Selçuklu Devleti, 1081 yılında Ege'ye ve Marmara'ya ulaşmıştı. Bizanslılardan ve İtalyanlardan öğrenilen tekniklerle ilk donanma çalışmalarına başlandı. Çaka Bey, İstanbul'da esir olduğu süreçte bu teknikleri öğrendi, III. Nikiforos'un ölümü üzerine tahta çıkan yeni Bizans imparatoru I. Aleksios, Çaka Bey'i serbest bıraktı ya da Çaka Bey kaçtı. Bunun üzerine İzmir'de Çaka Beyliği kuruldu. Burada bilinen ilk Türk donanması kuruldu, 1089'da Midilli ve 1090'da Sakız ele geçirildi. İznik'te Ebülkasım, yeni bir donanma inşasına başladıysa da Bizans'ın müdahalesi ile gemiler yakıldı. Anadolu Selçuklu Devleti döneminde ticaret güvenliğini sağlamak için denizciliğe ağırlık verildi, 1207 yılında liman kenti olan Antalya ele geçirildi. Sinop'ta tersane kuruldu. I. İzzeddin Keykavus, 1214'te Kıbrıs Krallığı ve 1216'da Venedik ile ticaret anlaşması imzaladı. Mısır ile deniz ticareti vardı, bu döneme denk gelen Haçlı Seferleri Selçuklu ticaretini olumsuz etkiliyordu. Antalya kaybedilince Selçuklular 1216'da şehri geri aldı. 1220'de tahta çıkan I. Alaeddin Keykubad, o dönemde "Kalonoros" olarak bilinen Alanya'yı fethetti ve "Alaiye" adını verdi. Alanya'da tersane kuruldu, bu tersane ilk organize tersane olarak görülmektedir. 1225 yılına kadar Alanya ile Silifke arasındaki birçok kıyı kalesi ele geçirildi. Ayrıca Keykubad, 1224 yılında Hüsameddin Çoban komutasında bir Karadeniz donanması hazırlattı ve sefere çıkıldı, Kırım'ın Sudak kenti ele geçirildi. Sudak'taki Selçuklu hakimiyetinin ne kadar sürdüğü bilinmemekle beraber, 1239'da Moğol istilaları'na kadar Selçuklu hakimiyetinde kaldığı tahmin ediliyor. Keykubad'ın ölümünden sonra tahta çıkan II. Gıyaseddin Keyhüsrev döneminde Moğol istilaları başladı ve Kösedağ Muharebesi ile devlet zayıfladı, aralarında Sinop'un da bulunduğu birçok Karadeniz bölgesi Trabzon İmparatorluğu tarafından ele geçirildi, ancak 1266'da Sinop geri alındı. Kösedağ Muharebesi'nden itibaren Anadolu Selçuklu Devleti, Moğollara bağlı hale geldi.

Özellikle Batı Anadolu'da birçok uç beyliği kuruldu, bu beyliklerden bazıları denizcilikle ilgilendi. Denizci beyliklerden bazıları Karesioğulları, Aydınoğulları, Menteşeoğulları ve Saruhanoğulları idi. Bu beyliklere ait deniz kuvvetleri, Ege'de akınlar yaptı. Karesioğulları Beyliği, kurduğu tersanede gemiler inşa etmekte idi. Aydınoğlu Gazi Umur Bey, Ege Denizi'nde birçok başarı elde etti ve Çanakkale Boğazı ile Rodos arasında kesin bir hakimiyet kurdu. XIV. yüzyılda Osmanlı Beyliği genişlemeye başladı, zamanla bu beylikler hakimiyet altına alındı ve Osmanlı donanmasının temelleri atıldı.

1323 yılında Marmara Denizi'ne ulaşan Osmanlı Devleti, 1324 yılında Karesioğulları Beyliği'nin 24 gemiden oluşan yardımını aldı. Bu yardım kuvvetinin başında Karamürsel Bey bulunuyordu. Bu donanma ilk olarak Marmara Denizi'nde güvenliği sağlıyordu. 1327 yılında Karamürsel'de ilk tersane kuruldu ve ilk Osmanlı gemileri inşa edildi. Osmanlı donanması hiyerarşik düzene geçmişti, 1324 ilâ 1390 yılları arasındaki donanma komutanlarına Derya Beyi denmekte idi. 1337 yılında İzmit'in ele geçirilmesinden sonra Marmara Denizi'ndeki Osmanlı hakimiyeti kuvvetlendi, 1353 yılında Rumeli'ye geçiş kolaylaştı.

XIV. yüzyılda, Karamürsel'in yanı sıra Edincik'te, Gelibolu'da ve İzmit'te tersaneler kuruldu. Bunlardan en büyüğü 1401 yılında I. Bayezid tarafından kurulmuş olan Gelibolu tersanesi idi. Kuruluş döneminde Osmanlı donanması, Çanakkale Boğazı'nı elde tutmak ve Marmara'nın güvenliğini sağlamak ile görevlendirilmişti. 1390 yılından itibaren donanma komutanlarına Kaptan-ı Derya (Kaptan Paşa) denmeye başlandı. Bayezid, İstanbul'u kuşattığında donanmadan yararlandı ama Haçlıların gelmesi sebebiyle kuşatmayı kaldırdı. Ankara Muharebesi'nden sonra başlayan Fetret Devri'nde Osmanlı donanmasının durumuna dair bilgi bulunamamaktadır. Fakat bundan sonra tahta çıkan I. Mehmed döneminde, 1416 yılında Venedik ile deniz savaşı yapıldı ve savaşı Osmanlılar kaybetti, barış anlaşması yapıldı. II. Murad döneminde ise, Osmanlı donanması Venedik'e üstünlük sağladı. 1430'da Selanik kuşatma altında iken Venedik donanması Çanakkale önlerine geldi, yapılan deniz muharebesini Osmanlı donanması kazandı ve bundan sonra Selanik ele geçirildi.

1451 yılında tahta geçen II. Mehmed, İstanbul'un fethi için hazırlıklara başladı. Bu hazırlıklarda Osmanlı donanması güçlendirildi. Yüz elli parçadan oluşan (Bazı Rum tarihçilere göre dört yüzden fazla) bir Osmanlı donanması hazırlanmıştı. Fatih, kuşatmada donanmadan yararlandı. 21 Nisan'ı 22 Nisan'a bağlayan gece, birkaç Osmanlı gemisi karadan yürütülerek Haliç'e indirildi. İstanbul fethedildikten sonra II. Mehmed, 1455 yılında Tersane-i Amire'yi kurdu ve Osmanlı donanmasının yeni merkezi İstanbul oldu.

Yükselme dönemine girildiğinde Osmanlı Devleti'nin birden fazla tersanesi bulunuyordu. II. Mehmed döneminde denizlerde birçok sefer yapıldı, Trabzon, Amasra alındı, 1463'te 16 yıl sürecek Osmanlı-Venedik Savaşı başladı. Gelibolu'da yapılan gemiler ile Ege'de birkaç bölge ve Gedik Ahmet Paşa komutasında Karadeniz'in kuzeyi kontrol altına alındı. 1479'da Osmanlı donanması, İyonya Denizi'ndeki birçok adayı ele geçirdi. 1480 yılında Otranto, Gedik Ahmet Paşa komutasındaki donanma tarafından zaptedildi, bu adanın zaptedilmesindeki amacın Venedik'i Adriyatik'e hapsetmek olduğu tahmin edilmektedir. Fakat Cem Sultan sorunu sebebiyle Otranto unutuldu.

II. Bayezid döneminde Osmanlı donanması gelişimini sürdürdü, Endülüs'teki Müslümanlara verilen destek için Kemal Reis komutasındaki Osmanlı donanması Akdeniz'in batısına açıldı ve İspanyol donanmasına üstünlük sağladı. 1499 yılında Venedik ile başlayan savaş, Osmanlı üstünlüğü ile sona erdi. 1512 yılında Osmanlı tahtına I. Selim geçti, Memluk Devleti ile olan savaşlarında donanmadan lojistik destek aldı. Mısır'ın fethi ile Baharat yolu'nun Akdeniz çıkış noktası tam kontrol altına alındı. 1513 yılında Piri Reis, çizdiği dünya haritasını padişaha sundu. I. Selim, Mısır'ın ve Suriye'nin fethinden sonra eldeki tersanelerin yetersiz olduğunu düşünerek Tersane-i Amire'yi büyüttü, aynı anda 130 adet gemi yapabilecek bir kapasiteye erişti. Ardından Süveyş'te, Rusçuk'ta, Birecik'te tersaneler kuruldu, nehirler üzerinde kurulan tersaneler ince donanma inşa etmekte idi. Bu arada Barbaros Hayreddin, Osmanlı idaresine katılmıştı ve bu da Osmanlı denizciliğini olumlu etkiledi. 1520 yılında I. Selim öldü ve tahta I. Süleyman geçti, Belgrad'ın ele geçirilmesi için kara ordusunda hazırlıklar yapılırken, Tuna Nehri'nde ince donanma toplanmakta idi. Sonuç olarak şehir ele geçirildi. Aynı yıl Piri Reis, "Kitab-ı Bahriye" adındaki kitabı hazırlamıştı. Kitapta Akdeniz'in birçok detaylı haritası bulunmaktadır. 1522 yılında Rodos adası kuşatıldı, kuşatmaya Kurdoğlu Muslihittin Reis komutasındaki 400 gemiden oluşan Osmanlı donanması destek verdi, ada ele geçirildi. 1528 yılında Piri Reis, çizdiği ikinci dünya haritasını padişaha verdi. 1533/34 yılında Barbaros Hayreddin Paşa, İstanbul'a geldi ve kaptan-ı derya ilan edildi, Osmanlı donanması daha da güçlendirildi. 1538 yılında Barbaros, Andrea Doria komutasındaki sayıca çok üstün haçlı donanması ile Preveze açıklarına karşılaştı ve haçlı donanmasını yendi, hiç gemi kaybı olmayan Osmanlı donanması, çok sayıda haçlı savaş gemisini batırdı.. Osmanlı donanmasının bu büyük zaferinden sonra Osmanlı Devleti, Akdeniz'in hakim gücü olarak görülmeye başlandı.

1543 yılında Fransa'nın yardım talebi üzerine Barbaros Hayreddin komutasında 100 ilâ 160 arasında savaş gemisinden oluştuğu tahmin edilen donanma sefere çıktı. Osmanlı askerleri Fransızlar tarafından törenle karşılandı ve 20 Ağustos 1543 tarihinde Nice ele geçirildi. Fransız - Osmanlı askeri iş birliğinde Barbaros, Fransız donanmasının eksiklerinden çok defa sitem ediyordu, barut fıçıları zannettiği fıçılar aslında şarapla dolu idi. Toulon limanı geçici süreliğine Barbaros'un emrine verildi; bölgedeki kiliseler camiye çevrildi, Osmanlı parası geçerli kılındı ve Osmanlı askerlerinin ikâmeti sağlandı. 1544 yılında I. François, V. Karl ile barış yaptı ve Osmanlı deniz desteğine ihtiyaç kalmadı, 1546 yılında Barbaros Hayreddin öldü. Barbaros'un ölümünden sonra Fransız - Osmanlı yardımlaşması devam etti. Fas ile Mostaganem Savaşı'na kadar devam edecek çatışmalar başladı, Cezayir'de Fas saldırıları püskürtüldü. Barbaros sonrası dönemde Turgut Reis ile Piyale Paşa, Balear Adaları'na saldırılarda bulundu ve Korsika i