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至少從3世紀的古墳時代開始日本就已經開始與亞洲大陸有海軍交往。從此時開始有歷史記載日本使用船隻在日本與朝鮮半島之間運輸士兵。
歷史上第一次記載的大的日本海軍作戰是唐顯慶五年（公元663年）唐倭白江口之戰。倭軍幾乎全軍覆沒，戰船被焚400餘艘。1281年元世祖派遣水師遠征日本。日本當時還沒有可以元相比的海軍，大多數戰役是在陸上發生的，但一些步兵乘小的濱海船隻攻擊元軍的一些船隻。
16世紀的戰國時期末日本開始加強海軍建設，強力的大名和海賊建立了由上百條船組成的沿海艦隊。1555年，為了爭奪瀨戶內海上霸權，大內氏武將陶晴賢率領的大內水軍與毛利氏及三島海賊村上氏在嚴島爆發海戰。這一時期日本戰船中最大的一種是淡路國洲本海賊安宅氏及大名三好氏建造的安宅船。當時在日本也出現了一種鐵甲船。控制近畿的大名織田信長命令紀伊熊野的海賊九鬼嘉隆在1576年建造了六條覆有鐵甲的大安宅船。這些鐵甲船裝備有多門大炮和大口徑火槍來擊敗敵人沒有鐵甲的艦隻。1578年織田家水軍在第二次木津川海戰中擊敗了宿敵毛利元就控制的村上武吉水軍。這些鐵甲船更像浮在水面上的堡壘，而不像戰艦，它們只能在海岸附近航行。
1592年和1598年在壬辰衛國戰爭中日本出動16萬人入侵朝鮮，雖然日本在陸上獲得了一些勝利，但其海軍被李舜臣指揮的朝鮮龜船擊潰。由於日本無法保證其陸上軍隊的供給，入侵最後失敗。直到300年後東鄉平八郎大將還將鳴梁大捷中的李舜臣稱為他的老師。
17世紀日本建造了日本第一艘可以遠洋航行的帆船。1614年德川幕府批准仙台藩大名伊達政宗建造了一條排水500噸的帆船伊達丸，這條帆船載仙台藩藩士支倉常長赴北美洲新西班牙（墨西哥）阿卡普爾科港，此後繼續駛往歐洲，稱為慶長訪歐使團。
從1604年開始幕府還建造了約350條朱印船赴東南亞進行貿易。1606年旅居東南亞的日本人協助葡萄牙人抵禦荷蘭對馬六甲的進攻。日本商人山田長政帶領數艘武裝船在泰國起了一定的軍事作用。英國冒險家三浦按針（其日語名）參加了朱印船的貿易活動並評論說：「這個國家的人是非常頑強的海員。」
德川幕府曾經打算入侵西屬呂宋來抵擋西班牙對日本國內基督教徒的支持。1637年11月駐日本的荷蘭東印度公司代表寫到了這個計劃。此計劃打算出動一萬兵力，荷蘭人則提供四艘戰艦和兩艘帆船來保護日本的帆船。1637年12月島原之亂使這次遠征破產。
島原之亂後約200年裡日本施行鎖國政策，禁止日本人與西方往來以杜絕基督教。造可以遠航的船要被處死。
由于越來越多的西方船隻來到日本沿海，由於與中國的貿易的加強和由於捕鯨的發展從1840年代日本幕末時期日本對西方造船技術的研究又開始加強。1846年美國詹姆斯·比得爾中校來到東京灣要求日本開國，但被逐。
1852年荷蘭警告幕府美國人馬休·佩里赴日本的計劃，幕府為了防止再次被入侵開始建造一支西式帆船戰艦艦隊，其中包括鳳凰丸、昇平丸等，並建立海岸防禦系統。一開始的這些船是使用荷蘭帆船手冊並在少數從西方回到日本的人如中浜萬次郎的指揮下建造的。
1853年和1854年美國海軍的佩里中校帶領一支先進的西方輪船在日本沿海展示了先進海軍的力量。佩里的船上裝有當時法國設計的大炮，使用爆炸性彈頭。1854年他通過日美友好條約打開了日本國門。在1858年的不平等條約日美友好通商條約中美國取得了在日本建立租借地、外國人在日本享受額外疆域和對外國貨物只抽取極少的進口稅等特權。
日本開國後德川幕府立刻開始加強吸收西方海軍技術。1855年在荷蘭幫助下幕府購買了第一艘蒸汽戰艦觀光丸，這艘船被用來做訓練新軍，由此建立了長崎海軍訓習所。1857年日本購買了第一艘螺旋槳驅動的蒸氣戰艦咸臨丸。同時日本遣送海軍學生去西方海軍學校，在這些學生中包括榎本武揚大將（從1862年到1867年在荷蘭就學），後來的海軍首領如東鄉平八郎大將和山本五十六大將繼承了這個傳統。
1863年日本建造了第一艘本國製造的蒸汽戰艦千代田形號，這艘戰艦的排水量為140噸。這艘戰艦是後來的工業巨人石川島播磨重工業建造的，是日本造船業的起步。
1863年薩英戰爭和1864年下關戰爭中日本的失敗被看作民族侮辱。幕府加強了它的現代化進程，在這裡幕府主要依靠法國和英國的幫助。1865年日本僱傭了一個法國人在橫須賀市和長崎建造了第一座海軍造船廠。並從蘇格蘭阿伯丁的格羅弗購買了更多的戰艦。
1867年德川幕府結束時日本已經擁有八艘西式蒸汽戰船，旗艦是開陽丸。勝海舟投降後，榎本武揚率其中的四艘戰艦離開江戶灣駛往北海道，建立蝦夷共和國。在1869年箱館海戰中敗於明治政府軍。箱館海戰也是日本首次較大的現代海戰。
1869年西方第一艘現代鐵甲艦，法國的榮譽號，出現不到十年後，日本就購買了它的第一艘鐵甲艦甲鐵號，這艘船是當年幕府定購的，由明治政府接收。
1867年維新志士坂本龍馬提出「船中八策」，其中一條主張擴充海軍。明治維新政府從1868年開始推行日本的工業化和軍國化，殖產興業、富國強兵，防止日本被歐美列強擊敗。1869年，日本建立第一支近現代化的海軍，命名為「大日本帝國海軍」，1872年設立海軍省管理海軍，由帝國總軍令部的海軍總軍令部指揮。海軍省初期由川村純義和勝海舟領導，最高統帥是日本"天皇"。維新政府計劃建立一支由200艘船組成的海軍，編為十支艦隊，但由於政府缺乏資金這個計劃很快就被放棄了。國內的叛亂，尤其西南事變迫使政府將精力集中在陸戰上。海軍政策主要集中在沿海防衛上。其口號為「守勢國防」和「陸主海次」。
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在1870和1880年代中明治政府繼續海軍的現代化，但日本海軍依然是一個沿海防禦軍隊。1870年天皇訓令中規定英國海軍為日本的榜樣。日本海軍中的多艘戰艦如扶桑號戰艦都是英國造船廠建造的。1873年一支率領的英國艦隊訪問日本。1879年日本還僱傭了英國人來訓練海軍士兵。石川島播磨重工業和川崎重工業等造船公司也是這個時候出現的。
日本還從英國購買了兩艘新式的防護巡洋艦，浪速號和姊妹艦高千穗號。這兩艘軍艦排水量為3650噸，最高速度可達18節，裝有2至3英寸的裝甲和兩門10.2英寸大炮。同時中國從德國進口了兩艘7335噸排水量的戰列艦（定遠號戰列艦和鎮遠號戰列艦），兩國之間開始了一場軍備競賽。
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1880年代裡法國的影響日益強大，法國的「綠水學派」提倡運用廉價而小型的快速軍艦，尤其是巡洋艦和魚雷艇，來克制更為昂貴而龐大的鐵甲艦。1882年明治政府發布了它的第一個擴展海軍的法令，新建48艘戰艦，其中22艘為魚雷艇。1883年到1885年中法戰爭中法國海軍的勝利似乎支持法國的魚雷艇戰術，對日本有限的資源來說這個戰術也很有吸引力。1885年日本海軍的新口號變成了「海國日本」。
1886年日本僱傭了法國居首的海軍工程師白勞易來加強日本海軍，和指導吳市和佐世保市的海軍造船廠的建造。白勞易設計了新的日本巡洋艦，他在日本四年裡一共監製了20多條作戰艦艇。這些經驗幫助日本建立了它第一支真正現代的海軍艦隊，並使得日本獲得了建造大型軍艦的技能。這些船有些是進口的，有些是在橫須賀市的造船廠製造的：
- 三艘防護巡洋艦：4700噸的松島號和嚴島號是在法國製造的，第三艘橋立號則是在橫須賀市建造。
- 兩艘鐵甲艦，每艘4278噸。
- 兩艘三等巡洋艦：一艘2439噸是英國造的，另一艘1800噸是在橫須賀市造的。
- 一艘護衛艦，1600噸，是在橫須賀市造的。
- 一艘驅逐艦，726噸，千島號驅逐艦，是法國造的。
- 16艘魚雷艇，每艘54噸，法國建造，在日本組裝。
在這段時間裡日本也引入了魚雷、魚雷艇和水雷等新的技術。1884年日本購買了它的第一條魚雷，1886年它在橫須賀市開辦了「魚雷訓練所」。
這些是日本最後一批大量從法國進口的船隻，此後它又轉向英國，同時開始設計它自己的革命性的魚雷艇。1887年造的小鷹號魚雷艇被看作是第一個有效的驅逐艦設計。
日本繼續推動海軍現代化，同時中國在德國的支持下也在建立一支強大的現代化艦隊。1894年日軍進入朝鮮，並不斷向朝鮮和黃海的清軍挑釁。1894年8月1日甲午戰爭正式爆發。
在9月17日的黃海海戰中，日本海軍擊敗了清朝北洋水師，北洋水師喪失了十二艘軍艦中的八艘。雖然日本海軍獲勝，但日本艦隊的炮火幾乎無法穿透德國造的定遠號、鎮遠號兩艘戰列艦，顯示了日本艦隊缺乏重型戰艦的弱點。（定遠艦後來自沉，鎮遠艦負輕傷，後來被俘。）鑑於這個經驗日本艦隊開始組合重裝甲戰艦與小型的攻擊性戰艦，發展它的主動性戰術。
1895年4月17日簽署馬關條約結束了這場戰爭，清朝向日本割讓福建台灣省及遼東。日本海軍在台灣登陸後從3月到10月鎮壓了新成立的台灣民主國的清朝殘餘勢力，並藉優勢武力最終控制全台。台灣及澎湖到1945年再轉交中華民國。後來在法國、德國和俄國的干涉下日本歸還了遼東半島，但此後不久俄國占領了遼東半島的旅順和大連作為租借地。
在所有參加的國家中日本派遣了最多的艦隻（50艘中的18艘）和陸軍以及海軍士兵（54000人中的20840人）。
甲午戰爭之後日本在俄國等國的威脅下被迫退出遼東半島被日本視作屈辱，此後日本加強其軍事力量為將來的對俄作戰做準備。以臥薪嘗膽為口號日本開始了一個為期十年的海軍擴充計劃，在這段時間裡日本海軍增加了109艘戰艦，總排水量20萬噸，海軍人員從15100人擴充到40800人。這支新艦隊包括：
- 六艘戰列艦（全部英造）
- 八艘裝甲巡洋艦（4艘英造，兩艘意大利造，一艘德造，一艘法造）
- 八艘巡洋艦（五艘日造，其它英造和美造）
- 24艘驅逐艦（16艘英造，其它八艘日造）
- 63艘魚雷艇（26艘德造，10艘英造，17艘法造，10艘日造）
其中英國威格斯製造的三笠號戰列艦是當時最先進的船。這艘船1898年底動工，1902年交付日本。
1904年日俄戰爭爆發。在對馬海峽海戰中，東鄉平八郎指揮的以三笠號為旗艦的日本混合艦隊贏得了「歷史上勝負最分明的海戰」。俄國波羅的海艦隊幾乎全軍覆沒，38艘俄艦中21艘被沉，七艘被俘，六艘喪失戰鬥力，4545人喪身，6106人被俘，而日軍只損失了三艘魚雷艇和116人。
此後日本致力於建立本國的海軍工業。日本最後一次從外國買大船是1913年從英國買的金剛號戰列巡洋艦。華盛頓條約簽訂後，日本擁有僅次於美、英的世界第三大的海軍。在許多方面日本海軍領先：
第二次世界大戰前日本海軍就已經開始將美國看作其敵人。此前日本的一系列擴張，尤其是1937年爆發的抗日戰爭使得日本與美國之間越來越敵對。
日本和英國一樣完全依靠外國資源來維持本國的經濟，因此日本海軍的任務是它必須保障原材料（尤其是東南亞的石油和原材料）海上供給線。這些原材料在戰前都由外國控制（英國、法國、美國和荷蘭）。為了達到這個任務，日本海軍必須建造大的，可以遠航的戰艦。
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為了保障日本擴張主義政策的實行，日本海軍必須與世界上最大的海軍作戰（1922年的華盛頓海軍條約規定英國、美國和日本的海軍排水量比例為5/5/3）。此外日本的工業基礎有限（尤其與美國相比）。因此日本的戰術在於依靠先進的技術（少數快的和強大的船）和進攻性的策略（使用大膽的和快速的攻擊制服敵人，這也是日本在過去的衝突中有效的戰術）。為了與數量上占優勢的美國海軍作戰日本花費了大量資源來建立一支質量上領先的海軍。在這裡日本忽視了加強它的防禦組織：它沒有很好的對付敵人潛艇攻擊它的很長的運輸線的策略和艦隻。日本尤其忽略了反潛艦隻和護航航空母艦。
戰前在日本有兩個學派互相爭鬥，一派認為海軍應該集中於強大的戰列艦，另一派認為海軍應該集中於航空母艦。最後兩派都未能勝過對方，結果是兩種船都被視為重點，而最後兩種船在力量上都未能超過對方。日本船隻的一個弱點在於日本趨於在它的船上放進過多的武器和過分強大的引擎，這使得它的船在穩定性、防禦性和結構強度方面比較差。
雖然日本海軍在太平洋戰爭初期獲得了很大的勝利，但最後美國艦隊還是在技術上、海軍和空軍力量上、在巨大的工業產業上占據了優勢。日本沒有能夠使得它的通訊保密也是它失敗的原因之一。
戰爭後期，日本海軍求助於神風特攻隊的自殺性菊水特攻來做最後的垂死掙扎。
二次世界大戰爆發前，主要海軍國家都面臨發展上的轉型與衝擊，這個衝擊的來源主要是傳統戰列艦與海軍航空兵力兩者之間爭奪領導地位的爭議。日本很早就體認到海軍航空兵力對未來海戰的影響以及潛力，日本也是第一個將單翼機使用在航空母艦上的國家。再積極發展航空兵力的同時，日本仍未放棄承襲自第一次世界大戰的海戰經驗，繼續興建各種戰列艦，其中包括全世界有史以來噸位和火跑口徑都是最大的戰列艦：1941年下水的大和級戰列艦。
日本也尤其重視航空母艦。太平洋戰爭開始時日本海軍有十艘航空母艦，這是當時世界上最大及最先進的航空母艦艦隊。但迫於倫敦和華盛頓條約的要求這些母艦大多數都比較小。當時美國有六艘航空母艦，但只有三艘在太平洋，英國有三艘航空母艦，只有一艘在印度洋。在美國的艾塞克斯級航空母艦出現以前日本的翔鶴號航空母艦和瑞鶴號航空母艦是世界上最大和最強的航空母艦。
但是中途島海戰中日本損失了四艘航母，為了補充其不足日本開始將商船和軍艦改裝為護航航母，比如信濃號航空母艦成為第二次世界大戰中噸位最大的航空母艦。日本海軍還計劃在戰時建造一系列航母，但這些計劃到戰爭結束時大多未完成。
日本海軍與陸軍在戰略上的劃分是將太平洋地區劃歸為海軍的作戰範圍，因此日本海軍面臨幾項挑戰：
- 以日本的資源和工業能力，不可能有大量的航空母艦與飛機部署在所有重要的島嶼上面。
- 太平洋上有許多島嶼之間的距離相當的長，海軍所使用的飛機必須考慮到這個因素。
因此日本帝國海軍在規劃航空兵力發展上分成兩個方向。首先，海軍將會同時操作在航空母艦與陸上機場操作的飛機。這些專門部署在陸上機場的飛機不會受到航空母艦操作與空間的限制，可以放大尺寸以提升飛機的航程和載彈量。海軍將以這兩種型態的飛機做為相互支援的戰力。其次，即使有航空母艦的支援，海軍所操作的飛機比較強調航程的重要性，提高相互支援以及任務上的彈性。
帝國海軍在開戰前對海軍航空兵採取精兵政策，以高標準和嚴格的訓練補償人數的不足，海軍航空兵飛行員的淘汰率一度超過三成。這種精兵政策在開戰初期獲得良好的效果，再加上於中國戰區的經驗，日本海軍飛行員給予其他在太平洋地區交戰的國家飛行員很大的壓力。但是到了戰爭中期開始，飛行員補充的問題逐漸浮上檯面，並且在與美國陸軍航空軍和海軍的消耗戰中快速的惡化，導致後期飛行員的訓練品質大幅下降。等到美國切斷日本主要的海上運輸路線以及開始對日本進行戰略轟炸之後，訓練的環境更加惡化，最後導致海軍航空兵力的崩潰。
二戰開始時日本擁有當時性能最優良的海軍戰鬥機零式戰機。相對於他們的對手來說日本飛行員訓練非常好，而且已經在抗日戰爭中得到了實戰經驗。日本的一式陸上攻擊機也是非常良好的海軍轟炸機。這些轟炸機是第一批擊沉對方戰列艦（威爾士親王號戰列艦和反擊號戰列巡洋艦）的海軍轟炸機。
但很快盟軍就發現了日本海軍飛機的弱點。雖然大多數日本飛機的飛程很遠，但它們的防禦武器很弱，裝甲很差。結果火力強的、裝甲厚的、數量多的美國飛機很快就找到了克服日本飛機優點的技術。此外日本未能在戰時發展新的、更有競爭力的引擎，這使得它不得不繼續生產其弱點已知的飛機。萊特灣海戰後日本海軍越來越多地使用飛機做自殺性攻擊。
第二次世界大戰中日本的潛艇艦隊是最多種的。其中包括回天級載人魚雷、小型潛艇（甲標級潛艇、海龍級潛艇）、中程潛艇、補給潛艇（主要由陸軍使用）、遠程潛艇（許多可以轉載飛機）、當時潛水速度最高的潛艇（伊二零一型潛艇）和可以裝載多架轟炸機的潛艇（伊四零零型潛艇，二戰時最大的潛艇）。這些潛艇還裝備有當時最先進的魚雷（九三式無氣泡氧氣動力魚雷）。從伊25號潛艇上起飛的一架由藤田信雄駕駛的轟炸機完成了歷史上唯一一次對美國本土進行的轟炸攻擊：1942年9月9日他試圖在俄勒岡州布魯金斯市外引起一場森林大火。其它的一些潛艇（伊30號潛艇、伊8號潛艇、伊34號潛艇、伊29號潛艇、伊52號潛艇）遠渡大西洋一直開到德占歐洲。有一次還起飛了一架飛機在法國散發傳單。
總的來說，日本潛艇雖然技術先進，但運用上不是很成功。它們往往被用來進行艦隊決戰，主動攻擊速度高、靈活、防禦得好的戰艦，而不像美國和德國用來進行阻截敵方在海上輜重運輸物流的破交作戰。1942年日本潛艇擊沉了兩艘航空母艦、一艘巡洋艦、一些驅逐艦和其它軍艦，損傷了一些其它艦船。但它們此後無法保持這個勝利。盟軍艦隊的組織越來越好。到戰爭末期日本主要使用潛艇來向島嶼軍營運輸軍隊。戰時日本一共擊沉了一百萬噸商船（184艘），相對而言英國擊沉了150萬噸（493艘）、美國擊沉了465萬噸（1079艘），而德國則擊沉了1430萬噸（2840艘）。
一開始型號在水下操縱不靈活，而且潛水不深，也沒有雷達。後來日本雖然在潛艇上裝了雷達，但它們不很好，美國艦艇可以追蹤日本的雷達信號來找到日本潛艇。比如美國蝙蝠魚號潛艇（由於蝙蝠魚與黃貂魚相似[1]，中文有時誤譯為黃貂魚號潛艇）得以用這個方法在四天內擊沉三艘日本潛艇。[2][3]戰後美國將一些日本潛艇送到夏威夷進行研究，但1946年蘇聯要求同樣研究這些潛艇時美國人將它們銷毀了。
其它海軍使用的是提煉過的燃料油，但日本在戰時則直接使用從荷蘭和法國的東印度殖民地獲得的高質量的原油。這些原油雖然是非常好的動力油，但其中的易揮發成分沒有被提煉掉，它們在戰艦的油箱裡形成非常易燃的蒸汽。作戰時假如敵人的炮彈穿透油箱或輸油管的話就會造成油箱爆炸。
太平洋戰爭爆發前海軍和日本政府從德國獲得了在滿洲國撫順建造一個提煉油頁岩的工廠的許可。這個工廠每年可以產20萬噸油。海軍還打算在那裡生產少量柴油和汽油，這個油廠的原料來自於熱河的少許油頁岩。戰時的原料來自被占領的荷屬東印度、法屬印度支那和緬甸。
日本海軍省在日本戰敗後解體，成為「第二復員省」，協助滯留海外的軍艦和海軍人員返回日本本土。1947年（昭和22年），所有軍隊在新頒布的日本國憲法下解散，憲法內第九條明定日本放棄戰爭權，不保有軍隊名義的武裝部隊。今天的日本海上武裝部隊是日本海上自衛隊。
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