正式採用まで
前任機
九九艦爆の前任は、同じく愛知航空機による九四式艦上爆撃機（D1A1）、ならびに改良型の九六式艦上爆撃機（D1A2）である。これは日本海軍最初期の急降下爆撃機であり、当時はノウハウが全くなかったことからハインケルに設計委託したものである。愛知航空機でエンジンを国産の「寿」とした上、昭和9年に「九四式艦上軽爆撃機（昭和11年に九四式艦上爆撃機へ変更）」として海軍に採用された。
昭和11年にはさっそくエンジンを「光」へと換装して強化が図られて九六式艦上爆撃機へと発展し、翌12年には中国大陸での戦いに参加するようになった。しかし、飛躍的な技術発展が毎年のように続いていた当時にあっては陳腐化も早く、昭和13年末ごろには九六式へとって替わられるようになっていった。
その九六式は出力強化のかいあって、九四式よりも更に多彩な戦果を挙げていたが、1930年代後半に複葉機では時代遅れもいいとこで、愛知航空機では一層の発展を求めて模索を続けていた。
「十一試艦上爆撃機」開発コンペ
しかし、九四式・九六式艦爆が旧式な事ぐらいは海軍にだって分かっていた。なにせ実戦で運用し、本当に出る死人や損害に耐えていたのは海軍なのだ。
昭和11年、海軍は九六式艦爆の後継機開発について、中島飛行機・三菱飛行機・愛知航空機の三社に新型艦上爆撃機の競争試作を命じた。三菱は後に辞退し、中島・愛知の競作となった。
中島案D3Nの特徴は、愛知案と同じ全金属製という点にくわえ、「引き込み式主脚」を備えていることであった。急降下の際には主脚を引き出し、これをダイブブレーキ代わりに使おうという軽量化・兼用策である。しかし効果は不足しており、実際には別途ダイブブレーキを必要とした。結局あれこれ弄り回すうちに納期には間に合わず、完成後にいちおう比較審査してみても、愛知案を性能で上回れずに不採用となった。
「楕円翼」への挑戦
採用となった中島案の特徴には「楕円翼」の採用がある。
楕円翼は当時、中島飛行機が技術提携していたハインケル社のHe70「ブリッツ」が採用しており、その優れた空力から8つのスピード記録を樹立して、『世界一の高速機』との名声を欲しいままにしていた。
楕円翼とは、主翼の前後長がなだらかに曲線を描いて翼端へ狭まっていく翼形であり、この曲線が楕円曲線のようである事から名づけられた。理論的には、翼端に発生する下向きの引きずり抵抗を、すなわち誘導抵抗を最小にできる。愛知D3Aが固定脚にもかかわらず、引き込み脚の中島案D3Nを上回る性能を示したのは、これによる洗練の効果が大きかった。
しかし楕円翼には、それまで大勢を占めていた矩形翼（くけいよく）と比べて事前に操縦桿が振動するなど、兆候がまったく無いのに失速するという欠点があり、D3Aの場合はさらに急旋回で翼端失速も起こったため、試作2号機では大幅な変更が加えられた。
まずはエンジンを約2割高出力になった「金星」とし、安定性強化のため垂直尾翼を大型化。楕円翼の利点を若干損なうものの、翼端失速対策に「ねじり下げ」を設けて操縦性を長く保てるようにした。これでも方向安定が不足していたため、後部胴体下部（尾輪前後）に安定翼を加えて解決となった。生産機ではエンジンが「金星」43/44型となり、2号機よりも更に2割ほど（試作1号機からはおよそ1.5倍）増強されている。
こうして当初の弱点を解決した愛知D3Aは、遅れて完成した中島D3Nを上回る高性能機となり『九九式艦上爆撃機』として制式採用される事になった。生産は昭和14年（1939年）から始まり、試作機も合わせて479機が製造された。量産にあたっては垂直尾翼前端がさらに延長され、安定性がますます強化された。
九九艦爆の完成形（＆終焉）
昭和17年（1942年）になると、新型の「金星」エンジンを搭載した改良型が制作された。これは仮に12型とされ、さらに機体各所にも変更を加えて22型となった。エンジン強化のせいで燃費が悪くなり、航続距離は低下していたが、速度などの飛行性能は良くなっていた。実戦配備はその年の秋から早速始められ、徐々に入れ替えられていった。この22型は最多生産型でもあり、1016機が生産された。
しかし、それでもSBD等に比べると九九艦爆は旧式化しており、戦闘損失は目に見えて増えていった。後継機彗星は確かに高性能だったが、反面「重量が重くて運用できる空母が限られる」という本末転倒な欠点があり、なかなか入れ替えは進まなかった。その後、日本海軍急降下爆撃機の決定版として流星改が開発されるが、今度は実戦投入が遅すぎて戦果は挙がらなかった。
そういう訳で、損害が積みあがるだけなのを承知で九九艦爆は最前線に留まり続けた。低速で防弾装甲もなく、それで敵機が待ち受けている中への出撃は「死」の一文字であった。搭乗員たちは当機を「九九式棺箱(かんばこ)」「窮窮式艦爆」と呼んで、その旧式・低性能を揶揄するのだった。
防御や逃走に地形を利用できる陸戦と違い、海戦では「逃げ足の速さ」だけがモノを言った。そういった意味では、急降下爆撃の有効性が失われても襲撃機として再就役できたJu87よりも分が悪かった。九九式艦上爆撃機は最後まで爆弾だけを主兵装とし、「急降下爆撃機」として終えたのである。
武装
11型、22型共通であり、固定武装にはエンジンカウリングに7.7mm機銃（2挺）を装備する。後席員にも7.7mm機銃の旋回銃架があり、後方警戒を担当する。
爆装では胴体下部に250kg爆弾、左右主翼には60kg爆弾のラックが合計3つあり、それぞれ1個を搭載できる。
活躍
日本海軍初の単葉機の九九艦爆は開戦初期は搭乗員の練度と高い機体安定性が相まって各地で獅子奮迅の活躍。
アメリカ側から見れば熟練搭乗員が自由自在に動ける機体に乗っている事はすさまじい脅威だった。
高い命中度により真珠湾攻撃の時は停泊艦隊を軽々と半滅
セイロン沖海戦では英国巡洋艦のコーンウォールとドーセットシャーを20分以内に撃沈させ、その後空母ハーミーズと随伴の駆逐艦2を撃沈。
その後珊瑚海海戦やミッドウェイ海戦でも活躍した。
終わりへの路
1942年以降は日本軍の空母が減っていて、陸上から出撃するしかない状況が増えて滑走距離が長い彗星よりも九九艦爆の方が向いていた為継続して使われた。
1944年のフィリピン戦以降は降伏するまで特攻に使用されるも馬力が旧式化していた九九艦爆では戦果が挙がらなかった。
現在のパナソニックの創始者、松下幸之助が海軍トップに直談判されて作った国策会社「松下航空機」が、九九艦爆を木製で製造、練習機明星として使用する予定だった。（敗戦までに6機製造。）
