Музей расположен в особняке купца Михайлова XVIII-XIX веков. Именно он стал первым зданием ЦАГИ (Центрального аэрогидродинамического института). Сам Н.Е. Жуковский работал здесь с 1915 по 1920 годы.
Для экспозиции выделили особняк купца Михайлова. Этот дом много раз менял хозяев: тут были склады, мясная лавка, галантерея, трактир. В 1915 году в бывшем особняке открылись теоретические курсы авиации при Московском императорском техническом училище под руководством Н.Е. Жуковского, а в 1918 начал работу ЦАГИ.
В создании музея приняли участие ученики и сотрудники Н.Е. Жуковского — А.Н. Туполев, А.А. Архангельский, К.А. Ушаков, Г.Х. Сабинин.
Экспозиция рассказывает об истории отечественной авиации и занимает пять залов:
В коллекции музея несколько уникальных моделей самолетов, вертолетов, планеров, космических аппаратов. Среди них — планер Отто Лилиенталя, модель самолета «Илья Муромец» Игоря Сикорского, макеты первого искусственного спутника Земли, космического корабля «Восток» и подлинная аэродинамическая труба 1909 года.
А перед входом в музей в 1958 поставили бюст Н.Е. Жуковского работы скульптора Г.В. Нерода со знаменитой цитатой ученого: «Человек полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума».