军事航空，是透过军用航空器进行军事行动的手段，包括透过国家的空运（货物）能力，以运送部队投入战场，或提供前线的后勤支援。为进行这样的空中战争，足够的空中力量是必要的，包括运输和作战用飞机。有各种各样的军用航空器，包括轰炸机、战斗机、运输机、教练机和侦察机。这些不同类型的飞机可以用于完成各种军事目标。
各国军队的空军为负责军事航空的军种，而部分国家的陆军航空兵或海军航空兵亦有分担此一机能。
最早用于军事行动的航空器是比空气轻的气球。在1794年的弗勒侣斯战争中，第一个军事用途的气球 ——“企业号”（l'entreprenant）正式出现，法国空气静力学军团利用它来获取有利位置。 19世纪，轻于空气的航空在战场上的应用变得更为普及，包括在美国内战中经常使用。轻于空气的军事航空一直持续到第二次世界大战后不久，由于重于空气的航空器性能大幅改善，它便逐渐从各种角色中退出。
尽管传统主义者的抗拒和早期飞机性能上的限制，重于空气的航空器仍在早期就被认为具有军事用途。1909年，美国陆军通信兵团购买了一台莱特A型飞机；而在1911年，意大利人在义土战争期间，利用各种飞机进行侦察、照相侦察和轰炸任务。飞机最早的军事作用是都是侦察，然而第一次世界大战结束后，军事航空器已经迅速接受了很多专门的角色，例如火炮点射、制空权、轰炸、对地攻击和反潜巡逻。技术改进的步伐极为快速，在战争结束前已有全金属制悬臂飞机投入服役。
第二次世界大战期间，U型潜艇威胁盟军运送部队和作战物资到欧洲的能力，刺激超远程海上巡逻机的发展。透过新的检测系统，包括声纳浮标，雷灯和雷达；以及更好的武器，包括自导鱼雷和改良型深水炸弹，它独立检测和摧毁水下潜艇的能力大大增加。这在赢得大西洋战役中发挥了重要的作用。有许多著名的决定性战役由军用飞机来完成，例如不列颠战役与偷袭珍珠港；而对日本的太平洋战争的结束，是透过两个孤独的飞机抛下原子弹给予广岛和长崎两座的城市毁灭性的攻击而完成。喷气发动机、雷达、早期导弹、直升机和电脑都是在第二次世界大战引进，而且影响至今。
1960年代初期，导弹有望取代载人拦截机和其他有人驾驶飞机的机枪。然而它们辜负期望，面对空导弹缺乏灵活性，比不上载人拦截机有效；仅配备空对空导弹的战斗机效力有限，敌对飞机可以避免被击它中。导弹价格昂贵，特别是面对低价值的地面目标。1970年代枪支武装战斗机再度出现，并更加强调可操作性。1980年代到目前，发展的重点在于匿踪技术及相关对策。
今日，一个国家的军事航空部队往往是面对攻击的第一线防卫，或是攻击敌人的最佳武力，而且在最近一些像海湾战争的冲突中，有效的军事航空部队被证明是对战争具有决定性的影响力。
空军是现代化三军当中成立最晚的一支，许多国家直到第一次世界大战结束之后才有独立的空军出现。空军的任务在于利用飞机与其他在空中飞行的武器系统进行武力投射，保护我方空域的充分使用，压制作战另外一方对于我方空域的干扰与使用他们自己的空域，支援其他军种达到战术与战略目标的执行。
许多国家的编制上，空军必须支援陆军作战的需求，包括对地面目标的攻击，空运，空投以及其他相关的任务。即使这些国家的陆军拥有自己的飞机，通常在任务或者是飞机的型态上与空军是有所区别。有些国家的空军同时也指挥弹道导弹与防空导弹兵力与系统。也有的国家在空军的编制内有进行陆上作战的特种部队或者是空降部队。
