Được đặt lườn vào năm 1934 tại xưởng hải quân Kure như một tàu chở thủy phi cơ và hạ thủy ngày 29 tháng 11 năm 1936, Chitose có khả năng hỗ trợ cho các kiểu thủy phi cơ trinh sát Kawanishi E7K Kiểu 94 "Alf" và Nakajima E8N Kiểu 95 "Dave". Cho dù có những suy đoán rằng Chitose có thể mang theo được loại tàu ngầm bỏ túi Kiểu A, thực ra chỉ có chiếc tàu chị em với nó là chiếc Chiyoda có khả năng này. Như một tàu chở thủy phi cơ, Chitose đã tham gia vào nhiều chiến dịch hải quân, từng tham dự trận Midway cho dù không có hoạt động chiến đấu nào. Nó bị hư hại ngoài khơi Davao, Philippines vào ngày 4 tháng 1 năm 1942. Nó yểm trợ cho lực lượng đổ bộ Nhật Bản lên quần đảo Đông Ấn và quần đảo Gilbert vào tháng 1 năm 1942, và nó bị thiệt hại trong Trận chiến Đông Solomon vào tháng 8 năm 1942.