Sân bay Cam Ranh có công suất thiết kế chỉ 1,5 triệu lượt khách/năm nhưng 9 tháng trong năm 2014, tổng lượt khách đến Cảng hàng không quốc tế Cam Ranh đã lên đến 1,58 triệu. Tình trạng trên khiến sân bay luôn phải hoạt động trong tình trạng quá tải. Không chỉ quá tải về nhà ga, đường băng duy nhất của sân bay được xây dựng cách đây 40 năm cũng chưa một lần được sửa chữa và đã xuống cấp trầm trọng đòi hỏi phải tạm dừng hoạt động để sửa chữa, hoặc phải xây dựng thêm đường băng mới.

Đầu tháng 11 năm 2014, Phó thủ tướng Hoàng Trung Hải ra văn bản đồng ý để tỉnh Khánh Hòa huy động các nguồn vốn của tỉnh thực hiện Dự án đầu tư xây dựng đường cất, hạ cánh số 2 của Dự án Cảng hàng không quốc tế Cam Ranh[14]

Ngày 15 tháng 3 năm 2015, UBND tỉnh Khánh Hòa tổ chức lễ khởi công xây dựng đường băng số 2, sân bay quốc tế Cam Ranh. Đường băng dài 3.048 m, rộng 45 m, đạt tiêu chuẩn Cảng hàng không cấp 4E, tức là có thể tiếp nhận các loại máy bay chở khách cỡ lớn hiện nay như A320, A321, B767, B777. Dự kiến đường băng số 2 sẽ được đưa vào sử dụng vào năm 2018.[15] (Bay hiệu chuẩn [16])

Với tình trạng quá tải hiện nay ở sân bay Cam Ranh, Tổng công ty Cảng Hàng không Việt Nam trong thông cáo đấu giá cổ phần đã lên kế hoạch đầu tư cho dự án nâng cấp nhà ga hiện tại lên công suất 2,5 triệu lượt khách/năm với tổng mức đầu tư là 80 tỷ đồng.[17]

Song song với việc nâng cấp nhà ga hiện hữu là đầu tư góp vốn trong dự án xây mới nhà ga hành khách quốc tế với tổng mức đầu tư toàn dự án dự kiến là 2000 tỷ đồng, công suất thiết kế của nhà ga mới là 2 triệu lượt khách/ năm. Dự kiến nhà ga hành khách mới sẽ khởi công vào quý II năm 2016 và đưa vào sử dụng vào năm 2018. Kể từ thời điểm đó, nhà ga hiện hữu chỉ phục vụ cho các chuyến bay quốc nội.[17]

Nhà ga T2 (khách quốc tế) được dự kiến khởi công vào tháng 9 năm 2016, hoàn thành vào tháng 12 năm 2017, với phương án thiết kế có thể phục vụ 4 triệu khách/năm đến năm 2025, công suất tối đa 6 triệu khách/năm và có thể nâng cấp lên 8 triệu khách/năm, đồng thời dễ dàng kết nối với nhà ga T1 (khách nội địa).[18]

Sáng 30-6-2018, Công ty cồ phần nhà ga quốc tế Cam Ranh (CRTC) tổ chức lễ khánh thành, đưa vào hoạt động nhà ga quốc tế Cam Ranh T2. Sau 19 tháng xây dựng, nhà ga quốc tế Cam Ranh đã chính thức đi vào hoạt động. Đây là nhà ga được đầu tư theo tiêu chuẩn 4 sao quốc tế đầu tiên tại Việt Nam. Nhà ga quốc tế Cam Ranh T2 có kiến trúc độc đáo, lấy cảm hứng từ Tổ chim yến, một sản phẩm đặc trưng của tỉnh Khánh Hòa. Với tổng diện tích sử dụng 50.500 mét vuông, nhà ga hành khách quốc tế - Cảng hàng không quốc tế Cam Ranh được trang bị các hệ thống an ninh, soi chiếu, hệ thống kiểm soát, phòng cháy chữa cháy và tiện ích trợ giúp khách hàng hiện đại, đạt tiêu chuẩn 4 sao được nhập khẩu từ các nhà cung cấp chuyên dụng, trang thiết bị cho hàng không từ Đức, Mỹ, Pháp, Tây Ban Nha. Dự kiến, nhà ga sẽ đón tiếp 2,4 triệu đến 4,8 triệu lượt hành khách quốc tế vào cuối năm 2018; và sau khi tiến hành giai đoạn 1B lắp đặt bổ sung thiết bị đầy đủ trong nửa cuối năm 2018, nhà ga sẽ đạt công suất phục vụ 6-8 triệu khách/năm. Điều đặc biệt là nhà ga được đầu tư và áp dụng nhiều máy móc, công nghệ thông minh trong việc điều hành quản lý sân bay không hề thua kém các sân bay hàng đầu trên thế giới.[19]