Bandaríski sjóherinn sendi fyrstu hermennina til Íslands árið 1941 samkvæmt samningi milli ríkisstjórnar Íslands, Bretlands og BNA.  Hann tók við hlutverki brezka setuliðsins, sem hernam Ísland 10. maí 1940.  Auk varnarhlutverksins byggði sjóherinn Keflavíkurflugvöll sem eldsneytisflugvöll fyrir fraktflug milli BNA og Evrópu.

Að lokinni síðari heimsstyrjöldinni yfirgaf setuliðið landið í samræmi við upprunalega samninginn við íslenzk yfirvöld.  Nýr samningur milli BNA og Íslands var undirritaður 1946.  Hann kvað á um áframhaldandi veru herliðs bandamanna í landinu.  BNA samþykktu að annast allt viðhald flugvallarins.  Aðild Íslands að NATO árið 1949 var ekki bundin stofnun íslenzks hers eða veru erlends herliðs í landinu á friðartímum.

Kalda stríðið við Sovétríkin og vaxandi spenna í heiminum réðu stefnu íslenzkra ráðamanna um veru herliðsins í varnarstöðinni.  Þeir komust að þeirri niðurstöðu, að aðildin að NATO væri ekki nægileg vörn fyrir landið ein og sér og að beiðni NATO sömdu þeir við BNA um að taka að sér varnir landsins.  Varnarliðið var í fremstu víglínu kalda stríðsins frá upphafi til enda (1951-1989) og fékk viðurkenningu fyrir veigamikið hlutverk sitt.

Aðalhlutverk varnarliðsins var að reka og halda við flugvellinum og búnaði hans.  Önnur verkefni voru mismunandi eftir ákvörðun ríkisstjórnar, herráðs BNA og yfirmanns hersins hérlendis.

Í janúar 1994 bjuggu alls 5708 varnaliðsmenn (2864) og skyldulið þeirra á Vellinum.  Hinn 30. september 1995 hafði þeim fækkað í 4364 (2120).  Samtímis voru íslenzkir starfsmenn varnarliðsins 972 og 945, þar að auki starfsmenn verktaka 681 og 691 eða bæði árin rúmlega 1600 manns.

Hinn 30. september 2006 hurfu síðustu her- og starfsmenn varnarstöðvarinnar á brott og hún var afhent íslenzka ríkinu við opinbera athöfn.  Í október undirrituðu ríkisstjórnir BNA og Íslands nýjan varnarsamnings án viðveru bandarísks herliðs í landinu.

Nefnd, skipuð fulltrúum sveitarfélaganna, sem eiga land að og innan varnarsvæðisins, og ríkisins (Magnús Gunnarsson), var skipuð til að gera áætlun um framtíð vallarsvæðisins.  Yfirumsjón þess er ábyrgð utanríkisráðuneytisins (Valgerður Sverrisdóttir rh.).  Í nóvember 2006 olli frost miklum skemmdum í mörgum íbúðum á svæðinu.  Vatnstjón varð mikið vegna þess, að streymi heits vatns var ekki nægilegt.  Í upphafi árs 2008 kvað ríkisendurskoðandi upp úrskurð um að enginn bæri ábyrgð á vatnsskaðanum.  Ríkið yfirtók eignir hersins gegn allri hreinsun svæðisins.

Húsnæðið, sem stóð tómt, var smám saman tekið í notkun á ný.  Ýmsar stofnanir fengu þar mun betri aðstöðu en þær höfðu haft áður.  Íbúðarhúsnæðið nýttist aðallega fyrir stúdenta, sem stunduðu nám á svæðinu (Keilir) eða nýttu sér fríar ferðir með rútum til Reykjavíkur til náms þar.