大正六年度(1917年)的日本海军,准备建造出一支轻巡洋舰舰队。当时日本只拥有两艘3000吨级的轻巡洋舰天龙号和龙田号,而在这一年度的造舰计划中打算一举建造九艘新轻巡洋舰,其中包括了5000吨级的球摩级五艘和期改良型长良级六艘中的四艘。多摩号是其中的二号舰,跟球摩号同时期开工。
而在
太平洋战争爆发后,本舰和其姊妹舰木曾号一同编成第21战队,属于北方部队的第五舰队。后来随着北方部队参加了中途岛会战中的阿留申攻略作战,支持对于基斯卡岛的攻击。
在隔年的1943年3月的阿图岛海战中随着舰队的战列击破了美军驱逐舰一只及重巡洋舰盐湖城号,但日本舰队也没能达成运送物资的使命。而多摩号则是受到了数枚近失弹的轻微损伤。之后参加了基斯卡撤退作战。
1944年8月,多摩号成为第11水雷战队的旗舰。10月
莱特湾海战爆发,多摩号属于小泽诱饵舰队,在10月25日替航母瑞鹤号和瑞凤号南下护卫的途中,遭到美国鱼雷机攻击而受损,于当天15:30在吕宋海峡东方250海里处触遭美国潜舰的攻击,中3枚鱼雷而沉没。
因为是轻巡洋舰,所以依河名来命名,由来就是多摩川,源流于
山梨县大菩萨岭北方,其下游刚好是
东京都与
神奈川县的边境。