1932年，原国民政府在紫金山北麓建设了南京航空烈士公墓，陆续安葬了170余名在中国抗日战争期间牺牲的中国和援华的前苏联、美国、韩国航空人员。
1995年9月，在公墓上方建成了抗日航空烈士纪念碑，镌刻着3304名中外航空烈士的英名，并还将补刻990名中美航空烈士英名。由于空间和载体所限，公墓和纪念碑并不能将当年航空烈士伟绩充分地展现 在世人面前。因此，筹建抗日航空烈士纪念馆成了很多人的心愿。
2002年，向社会发出募捐号召后，南京航空联谊会一共收到了280多万元捐助。除国内个人和单位的捐款外，美国、新加坡、澳大利亚、韩国、加拿大、日本等国家的个人也为纪念馆的建设“慷慨解囊”。
2008年4月4日，在各方的努力下，纪念馆奠基，由南京市中山陵园管理局组织施工。
2009年，建成抗日航空烈士纪念馆，不少抗战航空官兵的家属曾来拜祭。
2014年9月1日，南京抗日航空烈士纪念馆被国务院列为第一批国家级抗战纪念设施、遗址名录。
2020年12月，入选第四批国家三级博物馆名单。
俄驻华公使陶米恒先生向抗馆颁发纪念章证书
2015年10月15日，俄罗斯联邦驻华大使馆公使衔参赞陶米恒在南京将根据俄罗斯联邦总统令签发的“伟大卫国战争胜利70周年”纪念奖章颁发给南京抗日航空烈士纪念馆。该银色圆形纪念奖章上刻有“70”字样，意指纪念世界反法西斯战争胜利70周年。在同时颁发的纪念证书上，用俄文写有“授予‘1941—1945伟大的卫国战争胜利70周年’纪念奖章”的字样，并有俄罗斯联邦总统普京的签名。
