Obiekty muzeum Muzeum posiada dwa obiekty wystawowe oraz oddzielny obiekt poświęcony restauracji eksponatów. Główny budynek muzeum zlokalizowany jest w centrum Waszyngtonu, przy National Mall. Otwarta w lipcu 1976 roku placówka jest jedną z głównych atrakcji turystycznych miasta. Poza licznymi kolekcjami eksponatów znajdują się tam również kino IMAX (Lockheed Martin IMAX Theater) wyświetlające filmy związane z tematyką muzeum oraz planetarium imienia Alberta Einsteina (Albert Einstein Planetarium).
W grudniu 2003 roku muzeum otworzyło aneks, Centrum im. Stevena F. Udvara-Hazy'ego (Steven F. Udvar-Hazy Center), który zlokalizowany jest w pobliżu lotniska Dullesa w miejscowości Chantilly w stanie Wirginia.
Muzeum posiada również specjalny ośrodek do konserwacji, odnowy i przechowywania swoich eksponatów (Paul E. Garber Preservation, Restoration, and Storage Facility). Składająca się z 32 budynków placówka jest położona w miejscowości Suitland w stanie Maryland. Mimo że w przeszłości placówka była otwarta dla publiczności, obecnie jest ona niedostępna, a większość jej eksponatów została przewieziona do aneksu w Wirginii. thumb|220px|Budynek National Air and Space Museum