История этой флотилии также является малоосвещенной темой в отечественной военно-морской и специальной литературе. К началу Первой мировой войны на Северном морском театре находилось, не считая гидрографических судов, лишь одно русское военное судно
(посыльное судно «Бакан»), которое несло службу по охране рыбных промыслов. Итоги кампании 1915 г. показали, что траление, охрану коммуникаций и оборону побережья Северного Ледовитого океана и Белого моря необходимо обеспечивать силами русского флота, не полагаясь на англичан. Между тем, возможности пополнения флота на Севере судами были крайне ограничены, так как наиболее крупные флоты царской России (Балтийский и Черноморский) в период войны были изолированы от Севера. Относительно свободное сообщение Север имел лишь с Владивостоком, но базировавшаяся на него Сибирская флотилия была немногочисленна. При сложившейся обстановке царское правительство было вынуждено пойти на покупку хотя бы устаревших судов. Поэтому были начаты переговоры о покупке у Японии трех бывших русских кораблей: броненосцев «Полтава» (будет переименована в «Чесму») и «Пересвет» (подорвется на мине в декабре 1916 года у Порт-Саида) и крейсера «Варяг» (прибудет в Кольский залив в ноябре 1916 г.), затопленных в 1904 г., а затем поднятых и восстановленных японцами. Приобретение этих кораблей, а также перевод других военных судов из Сибирской флотилии на Север (в 1916-1917 гг. пришло 8 боевых кораблей) позволили Морскому министерству в феврале 1916 г. принять решение об организации флотилии Северного Ледовитого океана (СЛО). Из числа новых военных судов, которые удалось заказать за границей, в Англии было построено 12 тральщиков и в Италии – подводная лодка «Св. Георгий» (прибыла в Архангельск в сентябре 1917 г.).Приказом от 19.7 1916 г. началось формирование флотилии Северного Ледовитого океана, которое, в основном, закончилось к сентябрю 1916 г. Задача флотилии заключалась в обеспечении бесперебойного функционирования морских коммуникаций, соединяющих Россию с союзниками по Антанте. В операционную зону флотилии входили Баренцево море от норвежской границы до Карских Ворот и Белое море. Базами флотилии были Александровск, Архангельск и Иоканьга. В конце 1917 во флотилии СЛО числилось 89 боевых и вспомогательных судов.
Флотилии Северного Ледовитого океана подчинялись гидрографические экспедиции Белого моря и Северного Ледовитого океана, а также ряд речных и озёрных флотилий (Печорская, Северо-Двинская, Онежская), а также порты Архангельска и Мурманска. Флотилия, в основном, занималась проводкой судов с грузами для армий Колчака и гидрографическим обеспечением. Командовали флотилией контр-адмирал Н. Э. Викорст, а затем контр-адмирал Л. Л. Иванов. Гидрографическим обеспечением руководил контр-адмирал Б. А. Вилькицкий.В феврале 1918 флотилия перешла на сторону советской власти
. Установление советской власти на Севере и выход республики из войны повлекли за собой сокращение флотилии. Однако «мирный период» на Севере продолжался недолго. Англичане, прочно обосновавшиеся на Севере в период Первой мировой войны, не собирались эвакуироваться. Они рассматривали Север как одну из важных баз при осуществлении своего плана военной интервенции против Советской России. Большинство морских офицеров флотилии было настроено враждебно к Советской власти и тесно связано с офицерами англо-французских кораблей, стоявших в Мурманском порту. А в мае в Мурманск пришел еще американский крейсер «Олимпия». В августе 1918 года боевое ядро флотилии в Кольском заливе оказалось в руках белогвардейцев и интервентов. Часть судов, находившихся в Архангельске, удалось увести по Северной Двине к Котласу, где из них была сформирована Северо-Двинская военная флотилия, которая оказывала поддержку частям Красной Армии в боях с белогвардейцами.