Berawal dari Tuban, Bandara Ngurah Rai dibangun pada tahun 1930 oleh Departement Voor Verkeer en Waterstaats (semacam Departemen Pekerjaan Umum). Landas pacu berupa "airstrip" sepanjang 700 meter dari rumput di tengah ladang dan pekuburan di desa Tuban. 

Karena lokasinya berada di Desa tuban, masyarakat sekitar menamakan "airstrip" ini sebagai Pelabuhan Udara Tuban. 

Pelabuhan Udara Tuban Tahun 1942 Airstip South Bali dibom oleh Tentara Jepang, yang kemudian dikuasai untuk tempat mendaratkan pesawat tempur dan pesawat angkut mereka. 

Airstrip yang rusak akibat pengeboman diperbaiki oleh Tentara Jepang dengan menggunakan "Pear Still Plate" (sistem plat baja). Lima tahun berikutnya 1942-1947, airstrip mengalami perubahan. Panjang landas pacu menjadi 1.200 meter dari semula 700 meter. 

Tahun 1949 dibangun gedung terminal dan menara pengawas penerbangan sederhana yang terbuat dari kayu. Komunikasi penerbangan menggunakan transceiver kode morse. 

Pelabuhan Udara Internasional Tuban Untuk meningkatkan kepariwisataan Bali. Pemerintah Indonesia kembali membangun gedung terminal internasional dan perpanjangan landas pacu ke arah barat yang semula 1.200 meter menjadi 2.700 meter dengan overrun 2 x 100 meter. 

Proyek yang berlangsung dari tahun 1963-1969 diberi nama Proyek Airport Tuban dan sekaligus sebagai persiapan internasionalisasi Pelabuhan Udara Tuban. 

Proses reklamasi pantai sejauh 1.500 meter dilakukan dengan mengambil material batu kapur yang berasal dari Ungasan dan batu kali serta pasir dari Sungai Antosari – Tabanan. 

Seiring selesainya "temporary" terminal dan runway pada Proyek Airport Tuban, pemerintah meresmikan pelayanan penerbangan internasional di Pelabuhan Udara Tuban, tanggal 10 Agustus 1966. 

Pelabuhan Udara Internasional Ngurah Rai Penyelesaian Pengembangan Pelabuhan Udara Tuban ditandai dengan peresmian oleh Presiden Soeharto pada tanggal 1 Agustus 1969, yang sekaligus menjadi momen perubahan nama dari Pelabuhan Udara Tuban menjadi Pelabuhan Udara Internasional Ngurah RAI (Bali International Airport Ngurah Rai).

Untuk mengantisipasi lonjakan penumpang dan kargo, maka pada tahun 1975 sampai dengan 1978 Pemerintah Indonesia kembali membangun fasilitas-fasilitas penerbangan, antara lain dengan membangun terminal internasional baru. 

Gedung terminal lama selanjutnya dialihfungsikan menjadi terminal domestik, sedangkan terminal domestik yang lama digunakan sebagai gedung cargo, usaha jasa catering dan gedung serba guna. 

Pengembangan Fasilitas Bandara dan Keselamatan Penerbangan (FBUKP) Tahap I Proyek FBUKP tahap I (1990 – 1992)  meliputi Perluasan Terminal yang dilengkapi dengan Aviobridge, perpanjangan landas pacu menjadi 3.000 meter, relokasi taxiway, perluasan apron, renovasi dan perluasan gedung terminal, perluasan pelataran parkir kendaraan, pengembangan gedung kargo, gedung operasi serta pengembangan fasilitas navigasi udara dan fasilitas catu bahan bakar pesawat udara. 

Pengembangan Fasilitas Bandara dan Keselamatan Penerbangan (FBUKP) Tahap II Proyek FBUKP tahap II (1998-2000), pengembangan bandara dikerjakan oleh Direktorat Jenderal Perhubungan Udara, antara lain dengan memanfaatkan hutan bakau seluas 12 Hektar untuk digunakan sebagai fasilitas keselamatan penerbangan. 

Rencana Proyek FBUKP tahap III meliputi Pengembangan Gedung Terminal, Gedung Parkir, dan Apron. Luas terminal domestik dikembangkan hingga total luasnya mencapai 12.000 m2 yang nantinya akan digunakan sebagai terminal internasional. Adapun eksisting terminal internasional akan dialih-fungsikan menjadi terminal domestik. Dengan kondisi tersebut, Bandara Ngurah Rai akan mampu menampung hingga 25 juta penumpang.