L'escadron a été formé à l'origine le au RNAS Gosport(en) avec le transfert de l'avion Fairey III du 450 Flight et de la moitié du 445 Flight pour la Fleet Air Arm de la Royal Navy. Sa première mission fut d'effectuer des tâches de reconnaissance de repérage pour le porte-avions HMS Courageous (50). L'escadron a ensuite été rééquipé du Fairey Seal(en) et du Blackburn Shark, recevant finalement le Fairey Swordfish à l'automne 1937.
Puis le 820 Squadron fut engagé sur la chasse au cuirassé allemand Bismarck, l'immobilisant puis le coulant ont pu désactiver l'appareil à gouverner de Bismarck avec un coup de torpille, permettant à Bismarck d'être engagé et coulé. En 1942, à bord du HMS Formidable (67), il participe à la bataille de Madagascar, puis à l'opération Torch (débarquements alliés en Afrique du Nord) et à l'Opération Husky (débarquements alliés en Sicile et à Salerne).
L'escadron est ensuite retourné au Royaume-Uni en novembre 1943 et a été dissout. Il est rapidement réformé et équipé de 12 Fairey Barracuda. Affecté au HMS Indefatigable (R10) en juin 1944, il participe à l'Opération Mascot le 17 juillet et aux Opérations Goodwood en août, les tentatives de couler le cuirassé allemand Tirpitz en Norvège. L'escadron a été rééquipé de 21 TBF Avenger en septembre 1944 et a navigué avec Indefatigable vers l'Extrême-Orient en novembre pour rejoindre le No 2 Strike Wing, qui comprenait également le 849 Squadron. L'escadre a attaqué les raffineries de pétrole de Palembang, Sumatra en janvier 1945 dans le cadre de l'Opération Meridian. Alors que la guerre dans le Pacifique se rapprochait du Japon, le 820 Squadron fut affecté au 7th Carrier Air Group et effectua un certain nombre de raids sur Tokyo avant le VJ-Day. Après la fin de la guerre, retournant finalement au Royaume-Uni en mars 1946, le 820 Squadron a ensuite été dissout.
Après-guerre
L'escadron a été reformé en juillet 1951, équipé du Fairey Firefly et embarquant alternativement à bord des porte-avions HMS Indomitable (92) et HMS Theseus (R64) pour des exercices en Méditerranée. L'escadron a exploité le Grumman TBF Avenger puis le Fairey Gannet, à bord du HMS Centaur (R06) et du HMS Bulwark (R08), avant que la décision ne soit prise de convertir le 820 Squadron en escadron d'hélicoptères. Il est dissout le mais se reforme immédiatement équipé du Westland Whirlwind HAS.7 et affecté au HMS Hermes (R12) en mai 1958 en tant que force de soutien anti-sous-marine et commando, restant à bord d'Hermes jusqu'en octobre 1960, date à laquelle l'escadron a de nouveau été dissout.
L'escadron a été reformé en 1964 et équipé du Westland Wessex avec lequel il a servi d'escadron anti-sous-marin à bord du HMS Eagle (R05). En mai 1969, il est transféré sur le croiseur d'hélicoptères de classe TigerHMS Blake (C99)(en) jusqu'en 1979.
En avril 1982, l'escadron reste embarqué pour la guerre des Malouines. Il a été rééquipé en février 1990 avec le Sea King MK6 et à bord de l'Ark Royal, en Méditerranée orientale, pour l'Opération Tempête du désert. En janvier 1993, il a été envoyé à bord du RFA Olwen et du RFA Fort Grange pour soutenir les forces britanniques en Bosnie dans le cadre de l'Opération Grapple.
L'escadron continue d'effectuer des exercices à bord des navires de la Royal Navy et de la Royal Fleet Auxiliary, ainsi que de participer à des opérations militaires. Il est basé au RNAS Culdrose et exploite le Merlin HM2. La formation est dispensée par le 824 Naval Air Squadron et les tâches de première ligne sont partagées avec le 814 Naval Air Squadron.
Le 820 NAS est également connu sous le nom de "Queen's Squadron" et sera le principal escadron à opérer sur le porte-avions de la classe Queen Elizabeth et rattaché en permanence au groupe aérien du HMS Queen Elizabeth (R08)[2].
En 2020, le 820 NAS a assumé la responsabilité de toutes les opérations Merlin HM2 des porte-avions de la Royal Navy, lorsqu'il a repris le rôle de surveillance aéroportée du 849 NAS.