El Museo, inaugurado en 1981, está situado en la base aérea de Cuatro Vientos y tiene por finalidad la adquisición, conservación y exposición de los bienes que constituyen el Patrimonio Histórico de la Aeronáutica Española. Dado el número de aeronaves que alberga, se encuentra clasificado entre los cinco primeros museos de aeronáutica de Europa.

Dispone de una exposición exterior y siete hangares que albergan una treintena de aviones y varios helicópteros, uniformes, condecoraciones, motores, maquetas y otros fondos relacionados con la aviación.

Terminada la Guerra Civil y una vez creado el Ejército del Aire, se concibe la idea de crear un museo que reflejara la evolución e historia de la aeronáutica española. En 1966 se firma el decreto de su creación.

Inicialmente se consideró situarlo en las salas de la planta baja del ministerio, en la Plaza de la Moncloa, para exponer objetos, maquetas y documentos históricos y en uno de los patios exhibir los pocos aviones de los que al principio se disponía. Pero la adquisición o donación de una serie de aviones históricos hizo desechar en 1969 este primer plan. Finalmente, el Aeródromo de Cuatro Vientos fue el destino seleccionado, utilizándose al comienzo el hangar de la primera Escuela de Ingenieros Aeronáuticos (hoy Escuela de Transmisiones del Ejército del Aire), donde se trasladó el material aéreo existente.

Tras su inauguración, se han llevado a cabo ampliaciones en 1993 y 2003.