Powstanie Muzeum związane jest z zorganizowaniem w 1964 roku przez Aeroklub Krakowski wielkiej Wystawy Lotniczej na terenie byłego lotniska Rakowice-Czyżyny. W związku z tym do Krakowa od 1963 roku zaczęto zwozić eksponaty lotnicze, które były już wcześniej, od zakończenia działań wojennych, gromadzone z myślą o przyszłym muzeum lotnictwa. Z jego organizacją po zakończeniu drugiej wojny światowej były wielkie kłopoty z uwagi na małe zainteresowanie tym tematem odpowiednich władz. Dopiero warunki stworzone dla tych zbiorów w Krakowie, pozwoliły na realizację tego zamierzenia.
Eksponaty lotnicze przewiezione do Krakowa w większości były w złym stanie technicznym, nie pozwalającym na ich prezentację.
Po zakończeniu wystawy lotniczej w 1964 roku, w oparciu o zgromadzone zbiory, powstaje Ośrodek Ekspozycji Sprzętu Lotniczego przy Aeroklubie Krakowskim. Był on w dalszym ciągu wzbogacany eksponatami.
W 1967 roku Ośrodek został przejęty przez Naczelną Organizację Techniczną i nazwany "Muzeum Lotnictwa".
Rok 1971 był bardzo ważny dla dalszego istnienia Muzeum i wzrostu jego rangi. Przeszło ono pod Ministerstwo Komunikacji i uzyskało statut nadający mu nową osobowość prawną.
Muzeum zajmuje mały fragment terenu i część obiektów dawnego lotniska wojskowego Rakowice-Czyżyny.
Było to jedno z najstarszych stałych lotnisk w Europie. Założone zostało w 1912 roku dla potrzeb lotnictwa Austro-Węgier. Należy przy tej okazji przypomnieć o stacjonowaniu na tym terenie na przełomie XIX i XX wieku fortecznego oddziału balonowego 2 Pułku Artylerii Fortecznej twierdzy Kraków . W 1912 roku dowództwo austriackie utworzyło na tym terenie Flugpark 7 razem z całym zapleczem technicznym. W 1917 roku lotnisko na Rakowicach stało się jednym z punktów etapowych pierwszej w Europie regularnej pocztowej linii lotniczej łączącej Wiedeń z Kijowem i Odessą.
W dniach 30 i 31 października baza lotnicza przechodzi pod komendę polskich władz wojskowych, stając się tym samym pierwszym lotniskiem niepodległej Polski. Zaczęto na nim organizować pierwszą na ziemiach polskich jednostkę lotniczą nazwaną "1 Eskadra Bojowa". W okresie wojny polsko-bolszewickiej działała tutaj "I Niższa Szkoła Pilotów", której zadaniem było szkolenie pilotów dla szybko rozbudowającego się lotnictwa wojskowego.
Na Rakowicach działały również warsztaty lotnicze remontujące samoloty i ich silniki. Organizowano też w nich ograniczoną produkcję sprzętu lotniczego. W 1921 roku zostaje zorganizowany w oparciu o istniejące zaplecze techniczne 2 Pułk Lotniczy. W połowie lat 20-tych polskie władze wojskowe podjęły decyzję o rozbudowie lotniska. Efektem tego było powstanie drugiego co do wielkości lotniska w Polsce. W 1939 we wrześniu podzieliło los innych polskich baz lotniczych, było kilkakrotnie bombardowane przez niemieckie bombowce. W okresie II wojny światowej lotnisko krakowskie było wykorzystane przez niemiecką Luftwaffe. Stało się jedną z baz lotniczych biorących udział w przygotowaniach do ataku niemieckiego na Związek Radziecki w 1941 roku. W styczniu 1945 roku lotnisko zajęli Rosjanie. W połowie 1945 roku przekazali je polskim władzom wojskowym. W 1963 roku lotnisko Rakowice-Czyżyny zostaje zlikwidowane z powodu rozbudowy kombinatu metalurgicznego i towarzyszących mu osiedli mieszkaniowych.
Część obiektów dawnego lotniska jest obecnie używana przez Muzeum. Zajmuje ono ocalałe polskie obiekty lotniskowe, w skład których wchodzi duży hangar lotniczy i zaplecze garażowo-magazynowe, zbudowane na przełomie lat 20- i 30-tych oraz dwa małe budynki zbudowane przez Niemców w okresie ostatniej wojny.