По Парижскому мирному договору 1856 года Россия была лишена права иметь военный флот на Чёрном море. Это ограничение суверенных прав России на Чёрном море было отменено лишь в 1871 году. Возрождение флота в конце XIX в. связано с именами Г. И. Бутакова и С. О. Макарова. В 1881 году была принята кораблестроительная программа для Чёрного моря. К началу ХХ в. в составе Черноморского флота было уже 7 эскадренных броненосцев, 1 крейсер, 3 минных крейсера, 6 канонерских лодок, 22 миноносца и др.
С ростом революционного движения в стране начались революционные выступления черноморских моряков. В апреле 1904 года в Севастополе был образован Центральный флотский комитет военные организации РСДРП («матросская централка»), установивший связь с большевистскими комитетами Севастополя, Николаева, Харькова и др. В июне 1905 года на Черноморском флоте вспыхнуло восстание на броненосце «Потемкин», а в ноябре – Севастопольское восстание 1905 года на крейсере «Очаков», которые были подавлены царским правительством.
К началу 1-й мировой войны  в составе Черноморского флота имелось шесть додредноутов, 2 крейсера, 17 эсминцев, 12 миноносцев, 4 подводные лодки. В ходе войны Черноморский флот пополнился 3 линейными кораблями (один из них погиб в 1916 году), 9 эсминцами, 10 подводными лодками и 2 гидроавиатранспортами. Черноморский флот участвовал в боевых действиях на Чёрном море против германо-турецких сил, содействовал сухопутным войскам Кавказского фронта на приморских направлениях, нарушал коммуникации противника.
После революции 16 декабря 1917 года в Севастополе был распущен соглашательский Совет и создан Военно-революционный комитет, который взял власть в свои руки. С помощью моряков-черноморцев в январе 1918 Советская власть была установлена в Феодосии, Керчи, Евпатории, Ялте, Одессе, Ростове. В годы Гражданской войны (1918-1920) черноморцы сражались в составе Днепровской, Азовской и Волжской флотилий и различных частей Красной Армии. В связи с оккупацией германо-австрийскими войсками Украины и Крыма Ленин дал указание о перебазировании Черноморского флота в Новороссийск. Однако ввиду угрозы их захвата германскими интервентами, появившимися на Тамани, по призыву Советского правительства 18 июня 1 линейный корабль, 9 эсминцев и другие суда были затоплены в районе Новороссийска и Туапсе. Оставшиеся в Севастополе корабли были захвачены германскими интервентами и украинскими националистами. В мае 1919 года Советская власть в Крыму была восстановлена, но вскоре Крым был захвачен белогвардейскими войсками генерала А. И. Деникина, и Черноморский флот оказался в их руках. В мае 1920 года по приказу РВСР были созданы Морские силы Чёрного и Азовского морей, которые участвовали в боевых действиях против белогвардейской флотилии. При бегстве войск Врангеля из Крыма они увели в Бизерту более 130 кораблей и судов. Х съезд РКП (б) (1921) принял решение о восстановлении Черноморского флота. К 1928 году восстановление флота было в основном закончено и началась его техническая реконструкция.
К началу Великой Отечественной войны на Чёрном море был создан хорошо оснащенный по тому времени флот в составе 1 линейного корабля, 6 крейсеров, 16 лидеров и эсминцев, 47 подводных лодок, 2 бригад торпедных катеров, несколько дивизионов тральщиков, сторожевых и противолодочных катеров, ВВС флота (св. 600 самолётов) и сильной береговой обороны.Высокая боевая готовность Черноморского флота сорвала попытку врага вывести из строя основные силы флота в первые дни войны. Авиация  флота нанесла удары по Констанце, Сулине, Плоешти. Черноморский флот активно участвовал в Одесской обороне 1941 года и героической Севастопольской обороне 1941-1942 годов.

В 1942-1943 годах Черноморский флот участвовал в битве за Кавказ. Корабли и части Черноморский флот участвовали в освобождении Крыма, Николаева, Одессы, Ясско-Кишинёвской операции 1944 года. Свыше 200 черноморцев были удостоены звания Героя Советского Союза. За боевые заслуги Указом Президиума Верховного Совета СССР от 7 мая 1965 Черноморский флот был награжден орденом Красного Знамени. Командующими Черноморский флот во время войны были Ф. С. Октябрьский (август 1939 – апрель 1943, март 1944 – ноябрь 1948), Л. А. Владимирский (апрель 1943 – март 1944), член Военного совета – Н. М. Кулаков (май 1940 – декабрь 1943), И. И. Азаров (1941 – март 1943, февраль 1944 – май 1947), начальник штаба – И. Д. Елисеев (апрель 1941 – январь 1944) и И. Ф. Голубев-Монаткин (февраль 1944 – декабрь 1945).

В 1950-1960 гг. произошли количественные и качественные изменения во всех родах сил Черноморского флота. Пополнение флота новыми кораблями, оснащение новейшей боевой техникой, вооружение ракетным оружием, радиоэлектронными средствами различного назначения позволили поставить перед Черноморским флотом совершенно новые задачи. Корабли Черноморского флота совершали дальние плавания и походы в Средиземное море и различные районы Мирового океана, во время которых отрабатывали задачи боевой подготовки и обеспечивали защиту государственных интересов Советского Союза на море.
В современной истории Черноморский флот пережил сложный период раздела кораблей и баз между Россией и Украиной. 15 апреля 1994 года в Москве президенты России и Украины Борис Ельцин и Леонид Кравчук подписали Соглашение о поэтапном урегулировании проблемы Черноморского флота, в соответствии с которым ВМС Украины и Черноморский флот РФ базируются раздельно.
28 мая 1997 года главы правительств России и Украины подписали в Киеве три соглашения по Черноморскому флоту:
– "О статусе и условиях пребывания Черноморского флота РФ на территории Украины". Соглашение определяет, что срок использования российским флотом земли, акваторий, бухт и объектов инфраструктуры в Крыму продлится на 20 лет с момента подписания, т.е. до 2017 года с возможным продлением.
– "О взаиморасчетах, связанных с разделом Черноморского флота и пребыванием Черноморского флота РФ на территории Украины". Соглашением определяется, что Россия компенсирует Украине стоимость полученных от нее в ходе раздела Черноморского флота кораблей, судов и плавсредств в размере 526,509 млн. долларов.Кроме этого, соглашением предусмотрено, что российская сторона, начиная с 1998 года, ежегодно производит начисление сумм платежей за использование Черноморским флотом РФ земельных участков и размещенных на них объектов, акватории бухт, радиочастотного ресурса, а также в качестве возмещения экологического ущерба, связанного с пребыванием флота на территории Украины, путем уменьшения равными долями государственного долга Украины перед РФ. Сумма этой ежегодно погашаемой части государственного долга Украины, согласно соглашению, составляет 97,75 млн. долларов США. Согласно этому документу, Россия уменьшала сумму госдолга Украины на 200 млн. долларов под компенсацию за расщепляющиеся материалы.
– "О параметрах раздела Черноморского флота". Срок действия соглашения – 20 лет.
Согласно подписанным документам, Украина согласилась на размещение в Севастополе российских флотских объектов: 31 испытательного центра, Гвардейского аэродрома, а также пунктов ВЧ‑связи в Ялте и Судаке и крымского военного санатория.
На основании соглашений России на правах 20-летней аренды перешли главная бухта – Севастопольская с причалами для стоянки более чем 30 боевых кораблей, бухта Карантинная с бригадой ракетных катеров Черноморского флота и водолазным полигоном, Казачья бухта, где корабли не стоят, а размещается бригада морской пехоты, Южная бухта. В Стрелецкой бухте, имеющей ключевое значение в районе, совместно базируются корабли российского и украинского флотов при контроле Черноморским флотом береговой инфраструктуры бухты. Россия получила также основной арсенал боеприпасов, ракетную базу Черноморского флота, а также десантный полигон, испытательный центр в Феодосии, два аэродрома ‑ всего более тысячи объектов в Крыму.
Россия может иметь на Украине не более 25 тысяч человек личного состава, 24-х артиллерийских систем калибра более 100 мм, 132 бронемашин, 22 самолетов.
24 марта 1999 года соглашения были ратифицированы Верховной Радой Украины, а 18 июня – Госдумой РФ, и вступили в силу 12 июля 1999 года. На кораблях российского Черноморского флота был поднят исторический Андреевский флаг.
15 – 16 июля 1999 года по итогам работы смешанной российско-украинской комиссии по сотрудничеству подписано Соглашение об использовании силами и средствами Черноморского флота РФ воздушного пространства над Украиной и над акваторией Черного моря. 21 апреля 2010 года по итогам переговоров президентов России и Украины Дмитрия Медведева и Виктора Януковича было подписано соглашение по продолжению базирования Черноморского флота РФ в Крыму после 2017 года. В документе предусматривается, что срок пребывания российской базы на территории Украины продлевался на 25 лет с правом продления на следующий пятилетний период в случае, если ни одна из сторон не заявит о необходимости прекращения этого соглашения.
Арендная плата за пребывание Черноморского флота РФ, начиная с 28 мая 2017 года, должна была складываться из платежей России Украине в размере 100 млн. долларов в год, а также из дополнительных средств, получаемых за счет снижения цены за газ, поставляемого на Украину.
Однако с возвращением Крыма в состав России все эти договорённости утратили смысл и теперьЧерноморский флот, никуда не перебазируясь, вновь оказался дома.