Terminada la Guerra Civil y una vez creado el Ejército del Aire, se concibe la idea de que al igual que existía en otros países, hubiera un museo en el que, como legado a la posteridad, se depositaran los objetos y aviones que reflejaran la evolución e historia de nuestra Aeronáutica y se expusiera al público.

En diciembre de 1948 se elaboró un proyecto fruto de los primeros estudios, proponiendo la creación del Museo y su ubicación en los bajos del nuevo edificio del Ministerio del Aire. Tras posteriores estudios y consultas se creó el Museo de Aeronáutica y Astronáutica, por Decreto nº. 1437 de 16 de junio de 1966, dependiendo del Ministerio del Aire y con sede en Madrid.

Primeramente se consideró el lugar más idóneo 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. La adquisición o donación de una serie de aviones históricos como el Vilanova Acedo, versión española del Bleriot XI, el «Dragón Rapide» del histórico vuelo Canarias-Tetuán y el gran tamaño de los Heinkel-l 111, DC-3, Junkers-52, etc., hizo desechar en 1969 este primer plan. La opción más considerada era disponer de un edificio propio, con vistas a futuras ampliaciones, por lo que se dieron como futuros emplazamientos los siguientes:

- El Aeródromo de Cuatro Vientos, cuna de la Aviación Militar Española.

- El Aeropuerto de Barajas.

- También se estudió situarlo en la Casa de Campo.

- Ciudad Universitaria.

- En la Cripta y Solares de la Plaza de la Moncloa (hoy Junta Municipal de Moncloa y Patronato de Casas del Aire).

Por fin, en 1975 se decidió establecerlo en su actual emplazamiento, en el Aeródromo de Cuatro Vientos, las razones principales que fundamentaron esta decisión fueron la proximidad a Madrid,

la cercanía a la Maestranza Aérea (lo que facilitaría muchas tareas de mantenimiento y auxiliares), la posibilidad de poder recibir material por vía aérea y el carácter histórico del conjunto de Cuatro Vientos.

Las obras comenzaron el último trimestre de 1979, preparándose la instalación cubierta y una amplia extensión ajardinada con isletas para los aviones, así como dos lagunas para los hidroaviones DO-24 y Grumman Albatross, unidos por un pequeño canal. El 24 de mayo de 1981 se abrieron las puertas al público.

Como en otros museos, fue difícil combinar lo estético con lo práctico y, pasados los años, el número de aviones se había duplicado, los árboles y lagunas del jardín dificultaban el movimiento y colocación de los nuevos aviones e incluso limitaban la capacidad de la exposición; además, el agua y vegetación atraían multitud de pájaros que deterioraban los timones y alerones de varias de las joyas históricas a la intemperie, lo que obligaba a la construcción de nuevos hangares.

Por otra parte el aumento de las colecciones de motores (88), banderas, maquetas (118), armamento, uniformes, condecoraciones, cartas de vuelo, planos de operaciones, cuadros, fotografías, dibujos y efectos personales de aviadores y científicos aeronáuticos, así como de libros y documentos históricos, hacían necesaria una amplia reforma, que acabó en su primera fase el 18 de octubre de 1993, con la presentación de dos hangares mas para exposición, con lo que la superficie cubierta  paso a 7.000 metros cuadrados en la parte cubierta  y un total de 35.000 metros cuadrados.

Casa 212 "Aviocar"

Desde el año 2002 el Museo ha ido aumentando con dos nuevos hangares, uno de unos 1300 metros cuadrados y otro de unos 1700 metros cuadrados, aumentando la parte cubierta en unos 10.000 metros cuadrados.

En 2003, el Museo del Aire se encuentra entre los cinco primeros Museos de Aeronautica de Europa, por el número de aeronaves expuestas al público.

En 2004 se tiene en los planes de ampliación, la construcción de 2 nuevos hangares, como los dos últimos construidos, los nuevos se ubicaran frente a los anteriormente construidos formando asi una plaza ajardinada entre los 4 hangares.