Eeuwen geleden was dit bos een zompig, moerassig stuk heide in eigendom van de graaf van Vlaanderen. Aan die periode, waarin de laaggelegen heidegronden werd gebruikt, hield het gebied in elk geval zijn naam over. In 1296 schonk de graaf het gebied aan het Sint-Janshospitaal in Brugge, dat het op zijn beurt in 1796 overdroeg aan het OCMW. Tussen 1770 en 1882 kwam dan de grote gedaanteverandering: het gebied werd helemaal bebost, de vijvers gedempt. Het Ministerie van Landsverdediging onteigende een groot deel van het bos in 1926 en richtte er een munitiedepot in. In 1980 kocht de staat de resterende bosgronden van het OCMW van Brugge. Het ANB stelt sindsdien dit domeinbos open voor het publiek
In 2008 kocht het Agentschap voor Natuur en Bos het noordelijk deel van het militaire domein (zo’n 80 hectare). Ook het zuidelijk deel van het militaire domein wordt beheerd door het Agentschap voor Natuur en Bos, in samenspraak met de militaire overheid .
Aansluitend bij het domeinbos Vloethemveld kocht het ANB in 2007 40 hectare landbouwgrond aan. Op de 40 ha nieuwe gronden komt er heel wat nieuw bos. Een deel wordt bebost in het kader van een wetenschappelijk 'Forbio-project'. In 2009 wordt er 4 hectare beplant ten voordele van Kom op tegen Kanker. Maar daarnaast is er nog plaats voor speelbos, weiden, open ruigten, poelen en zelfs een boomgaard.
Het Vloethemveldbos zoals het er vandaag bij staat, is een mengelmoes van naaldbomen - grove en zwarte den, fijnspar en lork - en loofhout met overwegend zomereik en beuk. Maar langs dreven en greppels vind je ook overblijfselen van de heide. De grootste natuurwaarden zijn te vinden in het voormalige munitiedepot.