Le National Air and Space Museum (en français: Musée national de l'air et de l'espace) de la Smithsonian Institution à Washington, aux États-Unis, possède la plus grande collection d'avions et de véhicules spatiaux du monde. C'est également un centre de recherches sur l'histoire, les sciences et techniques de l'aviation et du vol spatial, ainsi qu'en sciences planétaires, en géologie et géophysique.
Le musée est une œuvre majeure de l'architecture moderne à Washington. Du fait de sa proche distance avec le Capitole, la Smithonian désirait un bâtiment imposant, sans toutefois éclipser ce dernier. Le musée fut conçu par l'architecte de Gyo Obata. Il se compose de quatre cubes de travertin reliés par trois vastes atriums qui accueillent les objets les plus volumineux tels que des missiles, des avions ou des engins spatiaux.
Le musée a été créé le 12 août 1946, par le congrès des Etats-Unis, sous le nom de National Air Museum. La course à l'espace des années 1950 et 1960 a permis au musée d'adopter son nom actuel.
Le site principal du musée (inauguré le 1er juillet 1976) se trouve sur le Mall à Washington, entre le National Museum of the American Indian et le Hirshhorn Museum and Sculpture Garden. Il compte parmi les destinations touristiques les plus visitées de la ville. En plus des salles accueillant les collections, les attractions comportent une salle de cinéma IMAX, ainsi que le planétarium Albert Einstein.
Le musée possède une annexe qui lui est supérieure en taille: le Steven F. Udvar-Hazy Center, situé à Chantilly, près de l'aéroport Dulles, qui est ouverte depuis le 15 décembre 2003. Celle-ci a vocation à accueillir les appareils les plus volumineux. Sur ce site, se trouve également la Tour Donald D. Engen, poste d'observation offrant un panorama à 360 degrés sur l'aéroport.
La collection du musée se compose de plus de 30 000 objets liés à l'aviation et de 9 000 objets liés à l'espace. La plupart de ces objets se trouvent dans un local, le Paul E. Garber Preservation, Restoration, and Storage Facility, qui se trouve à Suitland, dans le Maryland. Ce site de 32 bâtiments, acquis par la Smithsonian Institution en 1952, tient son nom d'un ancien conservateur du musée. Il n'est pas ouvert au public.
Les archives du musée se trouvent en partie dans le bâtiment principal sur le Mall, ainsi qu'à Suitland.
Au sein du musée, se trouve un centre de recherche: le Center for Earth and Planetary Studies (CEPS), qui se consacre à la recherche géologique sur les planètes du système solaire.
Le musée possède également une bibliothèque.