ศูนย์ควบคุมการบินหัวหิน รับผิดชอบดำเนินภารกิจด้านการควบคุมจราจรทางอากาศ บริเวณน่านฟ้าเหนือท่าอากาศยานหัวหิน ในรัศมีทำการด้านทิศเหนือ 25 ไมล์ทะเล และด้านทิศใต้ 15 ไมล์ทะเล ที่ความสูงจากพื้นดินไม่เกิน 11,000 ฟุต โดยให้บริการควบคุมการจราจรทางอากาศแก่อากาศยานทุกลำ ทุกประเภท ไม่ว่าจะเป็นอากาศยานของทหาร พลเรือน และอากาศยานพาณิชย์ต่าง ๆ ที่ทำการบินเข้ามาในเขตท่าอากาศยานหัวหิน โดยจัดลำดับให้อากาศยานขึ้น -
ลง ท่าอากาศยานหัวหินให้เกิดความสะดวก รวดเร็ว และปลอดภัย อีกทั้งยังปฏิบัติภารกิจพิเศษที่สำคัญยิ่งคือ การถวายการเฝ้าระวังภัยทางอากาศแด่องค์พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวและพระบรมวงศ์ศานุวงศ์ ด้วยระบบเรดาร์ติดตามอากาศยานที่บินเข้าใกล้เขตพื้นที่หวงห้าม ในเขตน่านฟ้าเหนือวังไกลกังวล ตลอด 24 ชั่วโมง
นอกจากนั้น ศูนย์ควบคุมการบินหัวหิน ยังให้บริการด้านสื่อสารการบิน โดยบริการรับ-ส่ง ถ่ายทอด และกระจายข่าวที่เกี่ยวข้องกับการบิน เพื่ออำนวยความสะดวกในการควบคุมจราจรทางอากาศ เพื่อความปลอดภัยของผู้ดำเนินการ และผู้ใช้บริการทางด้านการบิน ตลอดจนการให้บริการเครื่องช่วยการเดินอากาศ ซึ่งเป็นระบบนำร่องให้อากาศยานมาบินขึ้น-ลงด้วยความปลอดภัย ณ ท่าอากาศยานหัวหิน ซึ่งประกอบด้วย เครื่องช่วยการเดินอากาศ NDB (Non Directional Beacon) ทำหน้าที่บอกที่ตั้งของสนามบิน และเครื่องช่วยการเดินอากาศ VOR/DME (Very High Frequency Omni Range/ Distance Measuring Equipment) ทำหน้าที่บอกทิศทางให้กับเครื่องบินที่ทำการบินลงสู่สนามบิน โดยอุปกรณ์ดังกล่าวได้มีการพัฒนาปรับปรุงให้ทันสมัย ได้มาตรฐานสากล และอยู่ในสภาพสมบูรณ์ใช้งานได้ตลอดเวลา