1951年9月8日，日美两国片面签订《旧金山对日和约》5小时后，日本首相吉田茂和美国代表 D.G.艾奇逊签署《日美安保条约》，正式名称为《日本国和美利坚合众国之间的安全保障条约》。条约由前言和5条正文组成。其要点是:美国有权在日本国内及其周围驻扎陆海空军；根据日本政府的请求美军可以镇压日本发生的暴动和骚乱；美军驻扎条件由两国间的行政协定另行规定。

1952年2月28日，日美两国根据《日美安全保障条约》第3条规定，在东京签订了《日美行政协定》。协定正文有29条。详细规定了驻日美军的地位及特权，如日本向美军提供基地和设施，承认美国使用、管理和保卫这些基地及设施的权利;美国军人及其家属犯罪，日本无审判权；日本每年向美国支付1.55亿美元的防卫经费等。

《日美安全条约》的签订，标志着日美同盟正式形成。

《日美安全条约》最初是美国在冷战时期为了对抗苏联而采取的一项同盟行动，但是随着国际与亚太情势的改变，以及美、日两国关系的发展，《日美安全条约》逐渐成为两国之间互动的重要架构之一。虽然该条约仍以军事安全为核心，但也进一步成为双方经济、政治、文化和发展议题的结构性支柱。

1951年的《日美安全条约》在日本国内引起争议，反对人士认为在条文的规范下，日本没有防卫美国的义务，只单方面的接受美军防卫，因此日本无异形同是美国在亚太的保护国。由于感受到国内对于《日美安全条约》不满情绪的升高，岸信介政府执政后，便将修改《日美安全条约》的工作列为其外交工作之首要。于是，在1960年1月19日，美国国务卿霍特与日本首相岸信介在华盛顿进一步修订《日美安全条约》，共同签署了《美日相互合作与安全保障条约》。

1960年日美安保条约规定两国军事合作的范围限于远东，但安保联合宣言给日美同盟的定位是“面向21世纪维持亚太地区稳定与繁荣的基石”并提出要进行全球合作。

新条约虽然取消了旧约中美军得以镇压日本内乱等引起争议的条款，但仍然有引起日本国内争议的条款。例如新约中的第五条规定“各地约国认知到当日本统治施政下之领域中任一方遭受到武力攻击时，应被视为同样危及本国和平与安全，依本国宪法之规定与程序，将采取因应共同危险之行动。”

依据日本的和平宪法规定，日本的自卫权只限于防卫日本主权可到达的领土，所以，根本就无法承诺防卫美国。换言之，日本仍然是在美军的保护之下，而日本最多只能防卫在日本领土内之驻日美军。

1973年5月，尼克松向美国国会提交长篇外交咨文，明确表示了美国政府在新的形势下对日美同盟关系进行调整的意图。1975年天皇出访美国，利用这一机会消除摩擦，巩固日美同盟关系，使二者之间的紧张关系有所缓和。

1978年11月，美国与日本通过《美日防卫合作指针》（Guidelines for U.S.- Japan Defense Cooperation），在此指针中共包括了三个部份:防范日本受到侵略于未然的准备、日本遭受武力攻击时的因应、以及日本以外的远东事态对日本的安全有重要影响时，美日之间的合作。

美日安保指针的第三部份规定美日双方应尽早针对远东事态发生时，日本给予美军共同使用基地等提供美军行动上便利的事项相互研究。

但上述事项却不得违反美日安保条约与其它相关法令的规定。由此可见，日本政府对于远东地区发生紧急事态时日本究竟该扮演何种角色的问题感到相当犹豫，日本不仅想要扮演符合美日同盟的战略角色，也必须顾及日本和平宪法的限制，这种矛盾在安保指针中模糊的协议文字表露无遗。

1981年5月铃木首相与里根总统会谈，把“日美同盟”关系第一次写进日美联合声明中。

1991年苏联解体，日美同盟的主要假想敌消失了，引发了一场关于日美同盟是否应该存在下去的争论。1993年细川护熙出任内阁首相之后，组织了一个临时咨询机构—防卫问题恳谈会”专门对冷战后日本的安全政策以及加强日美同盟进行研究。而美国从1993年下半年开始逐步调整全球战略，作为其主要步骤:在大西洋“拉住”欧盟尤其是德国，强化北约，并在去年底与欧盟签署《跨大西洋新纲要》文件；在太平洋“拉住”日本，强化日美同盟，与日本签署关于安全保障的联合宣言。自1994年起，日本就开始根据形势的变化，着手调整日美同盟，以使其适应国际局势的变化。

从 1995年起，美日不断对日美同盟关系重新定义。1996年4月14日至20日，时任美国总统克林顿访问亚太地区，并于4月17日与日本首相桥本龙太郎共同发表题为《美日联合宣言－迈向二十一世纪的安全同盟》（U.S.- Japan Joint Declaration on Security Alliances for the 21st Century）之《美日新安保宣言》，重新定义并延续了《美日安保条约》。

依照1996年《美日新安保宣言》的内容，美国与日本必须尽早检讨1978年的安保指针，以使宣言中规定双方合作的项目得到执行的依归。因此，在1997年9月23日，日本首相桥本龙太郎与美国总统克林顿在纽约共同签署了新的《美日防卫合作指针》（Guidelines for U.S.- Japan Defense Cooperation）。

《新指针》经过近两年的辩论与审查，在日本新政府影响众议院与参议院支持下，分别于1999年4月27日及5月24日通过《美日防卫合作指针》的相关法案。这些法案包括《周边事态法案》、《修订自卫队法案》以及《修订美日相互提供物品劳务协议案》。

1998年日本的《防卫白皮书》进一步把同亚太地区国家开展防卫交流与日美同盟关系相提并论，作为日本安全保障政策的一项支柱。1999年日本众参两院通过了《周边事态法》等“新指针”的三个相关法案，使日美同盟关系在新形势下得以明确界定和加强。

日本首相小泉自2001年上任以来，其外交一直奉行优先维护日美同盟的原则，在美国出兵阿富汗和伊拉克战争期间都鼎力相助，因此美国总统布什对小泉极为欣赏，日美关系也由此大大加强，如同此前赖斯曾说，达到了“前所未有的最亲密关系。”2005年秋，美国将进行4年一度的美国国防战略调整，驻日美军整编方案将具体实施，日本也将进一步加强基于日美同盟发挥的作用，在《新防卫计划大纲》中，中朝已成日本的“假想敌”。

2009年，日本民主党赢得大选，鸠山由纪夫当选日本新任首相，在重视与亚洲各国发展关系的同时，鸠山由纪夫也重视与美国的关系，在新年电视讲话中他承诺，将寻求更加平等的日美关系。