Проектирование вертолета началось летом 1950 г.
Сначала машина имела 9-цилиндровый поршневой двигатель АИ-14В (255 л.с.), в эксплуатации — АИ-14ВФ (280 л.с.).
Расчетными и экспериментальными исследованиями руководили Н.И. Камов и В.Б. Баршевский.
1 апреля 1953 г. Д.К. Ефремов совершил на Ка-15 первое висение. В дальнейшем испытания проводили он и летчица Т.В. Руссиян.
Государственные испытания закончились в мае 1955 г. Войсковые испытания проводились на крейсерах одиночного и группового базирования. На крейсере «Михаил Кутузов» провели сравнительные испытания Ми-1 и Ка-15. В условиях качки Ка-15 показал себя лучше.
Серийное производство развернули на УУАЗ с апреля 1956 г.
Первый полет головной серийной машины совершил летчик В.Я. Кабанов.
Поступать на флот Ка-15 стали с 1956 г.
Для расширения возможностей машин КБ Камова устанавливает на вертолет гидроакустическую станцию поиска подводных лодок «Клязьма» и устройство для сброса и обработки сигналов радиобуев «Чинара». Создается и учебная машина УКа-15 с двойным управлением.
В процессе летных испытаний и эксплуатации вертолет постоянно доводился. Главные проблемы, которые приходилось решать — это: вибрации и земной резонанс, флаттер несущих винтов, опасное сближение верхнего и нижнего винтов, усталостные разрушения конструкции. Средний годовой налет в строевых частях составлял 30–90 часов.
Корабельные модификации выполняли поисковые, связные функции, бомбометание.
Полезная нагрузка вертолета была весьма ограниченной, и разместить на одной машине приемное устройство и радиогидроакустические буи не представлялось возможным. Для полноценного выполнения задач противолодочной обороны необходимо было использование 2–3 вертолётов: на одном размещалось приемное устройство, а на втором — подвешивали два буя РГБ-Н. Для поражения обнаруженной подводной лодки должен привлекаться другой вертолёт, в арсенале которого имелась только пара ПЛАБ-50. Из этого нетрудно заключить, что противолодочные возможности вертолетов Ка-15 были более чем скромными. Тем не менее, летая на этом машине, лётчики морской авиации приобрели опыт эксплуатации вертолётов сосной схемы как с суши, так и с кораблей, на ходу и на стопе. Всего выпущено 354 Ка-15 (включая учебные и гражданские модификации).
В 830-й вертолетный полк первые Ка-15 поступили в 1957 г. К 1958 г. ими укомплектовали 2-ю ВЭ. В 1963 г. (16 мая) в полку произошла катастрофа Ка-15, после чего было принято решение о снятии с вооружения полка вертолетов этого типа. В течение 1963-64 гг. все вертолеты Ка-15 были переданы в организации ДОСААФ (аэроклубы).
Известны следующие бортовые номера Ка-15, состоявших на вооружении 830-го полка: 10ж, 18ж, 30ж.
Летные данные Ка-15 с двигателем АИ-14ВФ мощностью 280 л.с.:
нормальный полетный вес — 1363 кг (107 л бензина, 17 л моторного масла);
масса пустого — 968 кг;
максимальная скорость — 150 км/ч;
крейсерская скорость — 120–130 км/ч;
практический потолок — 3250 м;
продолжительность полета при аварийном запасе топлива на 20 минут — 3 часа 15 минут;
динамический потолок — 3500 м, статический потолок (потолок висения) — 600 м.