В 1975 году в Камовском конструкторском бюро началась разработка корабельного радиолокационного дозорного вертолёта на базе Ка-27 (тогда ещё известного как Ка-252). Первоначальные планы предусматривали создание версии для наблюдения за полем боя, но от обеих моделей отказались. Однако в середине 1980-х годов программа была возобновлена с новыми системами: морской Ка-252РЛД и наземной Ка-252СВ. Вариант с радиолокационной станцией предназначался для временной замены палубного турбовинтового самолёта ДРЛО Як-44, но в итоге Як-44 был снят с производства из-за распада Советского Союза.
Прототип Ка-252РЛД совершил свой первый полёт 25 ноября 1986 года и протестировал антенну и шасси, хотя и не был оснащён боевыми системами. Два полностью оборудованных прототипа были завершены в 1990 и 1991 годах, а государственные приёмочные испытания были окончательно завершены в 1996 году. Ка-31 (изделие 03Д2, изделие 503, также 531) — это стандартная экспортная версия. Основным датчиком является импульсно-доплеровский радар E-801, размещённый горизонтально под фюзеляжем для крейсерского полёта и опущенный для работы. Сообщается, что этот радар может одновременно отслеживать до 40 воздушных или наземных целей, обнаруживая цель размером с истребитель на расстоянии до 115 км. Ка-31 имеет модифицированный фюзеляж с расширенной носовой частью и передней кабиной, как у Ка-29. Совершенно новая стойка шасси оснащена четырьмя опорами, которые поднимаются гидравлически при включении радара.
Первый заказ на новый вертолёт поступил из Индии в августе 1999 года. Он включал четыре Ка-31 для службы на авианосце «Вираат» и трёх фрегатах класса «Кривак III». Контракт на поставку ещё пяти вертолётов был подписан в феврале 2001 года.
Первый серийный вертолёт, произведённый Кумертауским авиационным производственным предприятием, поднялся в воздух 16 мая 2001 года, и все девять вертолётов были поставлены в Индию в период с 2003 по 2004 год.
В августе 2009 года последовал ещё один индийский заказ на пять вертолётов Ка-31, которые были поставлены в 2011 и 2012 годах. В сентябре 2007 года Китай заказал девять вертолётов Ка-31, которые были поставлены в период с 2010 по 2012 год.
В ноябре 2008 года для Военно-морского флота России был размещён заказ на версию Ка-31 Р. Вероятно, В общей сложности 12 Ка-31Р были включены в национальную программу вооружения, и планировалось передать эти вертолёты Северному и Тихоокеанскому флотам. Подробности о Ка-31Р остаются засекреченными.