Il museo è situato all'interno di Villa Zaborra, un edificio che risale al dodicesimo secolo, più volte rimaneggiato sino alla definitiva veste risalente al 1775, dalla caratteristica torre merlata che risale al sistema fortificato Carrarese. Al suo aspetto fortificato deve il nome con cui è comunemente conosciuto, ovvero Castello di San Pelagio.

Oltre alla presenza di diversi velivoli esposti e di modelli in scala, particolare attenzione viene data alla cura della ricostruzione scenografica della cucina e della sala dove si pianificò il Volo su Vienna effettuato il 9 agosto 1918 dalla 87ª Squadriglia Aeroplani e comandata dal maggiore Gabriele D'Annunzio, partito dal campo di aviazione che esisteva vicino a dove ora sorge il museo.

La parte espositiva è divisa in due sezioni:

- esterna, con i velivoli ed i sistemi bellici esposti come gate guardian all'esterno e nel giardino interno della villa
- interna, con 38 tra sale e salette espositive dedicate all'evoluzione del volo umano dalla mongolfiera allo Space Shuttle.