Museum TNI AU diresmikan pada tanggal 4 April 1969 oleh Panglima Angkatan Udara Laksamana Udara Rusmin Nuryadin berkedudukan di Makowilu V Tanah Abang Bukit, Jakarta.
Dengan pertimbangan antara lain bahwa Yogyakarta merupakan tempat lahir dan pusat perjuangan TNI AU periode 1945-1949 serta tempat penggodokan Karbol AAU, maka pada bulan November 1977 Museum AURI di Jakarta dipindahkan dan diintegrasikan dengan Museum di Ksatrian AAU di Pangkalan Adisutjipto, Yogyakarta, dan tanggal 29 Juli 1978 diresmikan sebagai Museum Pusat TNI AU Dirgantara Mandala.
Mengingat semakin bertambahnya koleksi, maka pada tahun 1984 Museum dipindahkan ke Wonocatur menempati sebuah gedung bersejarah. Gedung tersebut semasa penjajahan Belanda adalah sebuah pabrik gula dan pada waktu pendudukan Jepang digunakan sebagai Depo Logistik. Pada bulan Oktober 1945 BKR dan para pejuang kemerdekaan berhasil merebut Pangkalan Udara Maguwo (sekarang Lanud Adisutjipto) dari tangan Jepang, termasuk segala unsur logistik dan fasilitasnya yang kemudian digunakan sebagai unsur kekuatan awal TNI Angkatan Udara.
Letak Museum Dirgantara Yogyakarta tidak jauh dari pusat kota, sehingga museum ini sangat mudah untuk dijangkau. Museum dengan area yang sangat luas ini letaknya sekitar 200 meter dari Ring Road bagian timur, tepatnya di sekitar daerah Janti. Daya tarik utama dari museum ini adalah pesawat dan peralatan perangnya. Pesawat-pesawat yang dipamerkan pun bukan pesawat biasa, tapi sebagian besar pesawat yang memiliki nilai historis. Contohnya, ada Pesawat Pembom Guntai yang direbut dari Jepang pada jaman perang kemerdekaan dulu. Persenjataan yang dipamerkan juga persenjataan yang spesial, seperti roket, bom, senjata api, dan masih banyak lagi. Tapi, sebenarnya bukan hanya hal-hal seperti itu saja yang ada disana. Di dalam museum, para pengunjung juga dapat melihat-lihat foto-foto bersejarah, lambang-lambang Angkatan Udara, diorama sejarah, dokumen-dokumen dari masa perjuangan bangsa Indonesia dalam mencapai kemerdekaan, dan masih banyak lagi. Jadi, para pengunjung dapat sekaligus belajar sejarah sambil berwisata.
Selain sekedar melihat-lihat koleksi pesawat yang ada di Museum Dirgantara Yogyakarta, para pengunjung juga diperbolehkan untuk mencoba naik ke beberapa jenis pesawat. Para pengunjung  dapat berfoto layaknya seorang pilot, dengan biaya tambahan yang dikenakan per kamera. Ini tentunya dapat menjadi pengalaman yang tak terlupakan, khususnya bagi anak-anak. Biaya tambahan yang harus dibayarkan tidak mahal, hanya Rp. 1000,- saja. Museum ini dibuka untuk umum setiap hari mulai dari pukul 08.30 sampai dengan pukul 15.00. Tapi, pada hari Senin dan hari libur nasional museum ini tutup. Harga tiket masuk tidak mahal, hanya Rp. 3000,- saja per orang. Para pengunjung yang datang dalam rombongan yang terdiri dari 30 orang atau lebih akan mendapatkan potongan harga, menjadi Rp. 2000,- saja per orang.
