Enligt studien från tankesmedjan International Institute for Strategic Studies (IISS) drevs ökningen av skärpt rivalitet och misstänksamhet mellan stormakterna på grund av olika konflikter som de i Ukraina och Libyen.
– Utgifterna ökade när ekonomierna återhämtade sig från effekterna av finanskrisen, men stegringarna har också drivits av skärpta hotuppfattningar, säger IISS-chefen John Chipman vid en säkerhetskonferens i München.
Enbart ökningen av USA:s militära utgifter i fjol – 53,4 miljarder dollar – är nästan lika stor som Storbritanniens hela försvarsbudget för året.
Även Kina ökade sina utgifter med 6,6 procent i fjol, till motsvarande 181,1 miljarder dollar.
Utgifterna i de europeiska länderna ökade med 4,2 procent. Därmed är dem tillbaka på samma nivå som deras försvarsutgifter låg på 2008, när finanskrisen slog till.
De militära utgifterna i Asien har i reella tal vuxit med 54 procent på tio år, från 275 miljarder dollar 2010 till 423 miljarder, enligt studien.