Le droit pénal militaire appliqué par la justice militaire et la procédure à laquelle elle est soumise ont une histoire commune. Le convenant de Sempach, de 1393, prescrivit, en plus des dispositions visant au maintien de la discipline et à la prévention d'actes de violence, le principe selon lequel le droit du lieu d'origine était applicable pour la condamnation d'un délit commis en campagne, la compétence de jugement appartenant à la troupe elle-même. Au XVIe s., la compétence pénale passa à un tribunal de guerre composé de militaires et présidé par un juge suprême de campagne; une même personne, appelée "profos" (du français prévôt) et plus tard auditeur, cumulait les fonctions de juge d'instruction et d'accusateur.
Les régiments au service étranger ne pouvaient en aucun cas être soumis à la juridiction pénale du souverain qui les engageait. Mais vu la difficulté à recourir au droit du pays d'origine et de renvoyer dans leur patrie les auteurs de délits pour les faire condamner, les officiers furent munis dès 1704 d'un Schweitzerisches Kriegs-Recht. Ce code comprenait une ébauche de description des délits avec les sentences comminatoires et la procédure. En 1734 et 1756 parurent, sous l'influence d'auditeurs versés dans les sciences juridiques, des traductions du recueil latin de droit pénal de Charles Quint, la Caroline, de 1532. Elles servirent dès lors de base à la jurisprudence de "toutes les troupes suisses au service de souverains étrangers". C'est donc dans le service mercenaire que se trouvent les racines de l'unification du droit pénal militaire et de sa procédure.
Pour les armées servant dans le pays, les premières dispositions de droit pénal, qui laissaient aux officiers de la troupe l'exécution de la procédure, ne furent introduites que sous l'Helvétique. Après de brèves tentatives de codification, la Diète adopta en 1838 une loi sur la justice pénale applicable aux troupes fédérales et réunit, sous les ordres de l'auditeur en chef, des officiers ayant une formation juridique en un état-major de la justice qui est l'ancêtre de l'actuel service auxiliaire de la justice militaire. L'impunité dont bénéficièrent de nombreux délits commis durant la guerre du Sonderbund (1847-1848) est moins imputable au système judiciaire d'alors qu'au fait même de la guerre civile, qui avait mis à mal de nombreuses institutions.
Peu après l'adoption de la Constitution de 1848, les Chambres décrétèrent une loi sur la justice pénale pour les troupes fédérales. Elle prévoyait des tribunaux de jurés et était excessivement compliquée. En 1889, l'Assemblée fédérale approuva l'organisation de la justice pénale militaire. Préparée par le futur conseiller fédéral Eduard Müller, elle fut appliquée, avec quelques révisions, durant les deux guerres mondiales. Le Conseil fédéral chargea Ernst Hafter de rédiger un nouveau code pénal militaire, qui entra en vigueur en 1927. Fort semblable en de nombreux points au Code pénal suisse adopté en 1942, il prévoyait néanmoins, en temps de guerre, la peine capitale pour le délit de trahison (maintenue jusqu'en 1992). Elle fut prononcée plusieurs fois par des tribunaux de division entre 1939 et 1945, mais la mise à exécution n'intervenait qu'après confirmation par le tribunal militaire de cassation et refus du recours en grâce par l'Assemblée fédérale. La procédure pénale militaire entrée en vigueur en 1980 a réduit le nombre de juges de division, ouvert aux sous-officiers et aux soldats l'accès au tribunal militaire de cassation, où ne siégeaient jusqu'alors que des officiers, et introduit une instance intermédiaire, le tribunal militaire d'appel. A partir des années 1990, la justice militaire suisse poursuit et juge les personnes qui ont violé le droit international humanitaire. Les anciens tribunaux de division s'appellent tribunaux militaires (de première instance) depuis 2004.