Nach dem Abzug der Amerikaner vom Flugplatz Schleißheim und der Rückgabe an die deutschen Behörden im Mai 1973 begannen die nicht mehr genutzten Gebäude schon bald zu verfallen, insbesondere die Werft und die Kommandantur erlitten durch Witterungseinflüsse und Vandalismus schwere Schäden. Der Zustand der Werft verschlechterte sich so weit, dass die Eigentümer 1983 den Abbruch beantragten. Verhindert werden konnte dies durch die Bemühungen verschiedener am Erhalt des technikhistorisch bedeutenden Denkmals interessierter Gruppen wie dem 1983 gegründeten Verein zur Erhaltung der historischen Flugwerft. Noch 1983 wurden Werft und Kommandantur unter Denkmalschutz gestellt, eine museale Nutzung stand von Anfang an im Mittelpunkt der Überlegungen. Aufgrund des Platzmangels im Stammhaus in München musste das Deutsche Museum zahlreiche Luftfahrzeuge in Depots einlagern, auch in Hallen auf dem Flugplatz Schleißheim, und so fiel schließlich, nicht zuletzt dank gewichtiger Fürsprecher, die Entscheidung, die Flugwerft zum ersten, der Luft- und Raumfahrt gewidmeten Zweigmuseum des Deutschen Museums zu machen. 1986 liefen die Bauarbeiten in der Flugwerft an, zwei Jahre später feierte man Richtfest. Als Ergänzung der historischen Gebäude entstanden eine neue 5000 m² große Ausstellungshalle mit einer von den verspannten Tragflächen alter Flugzeuge inspirierten Dachkonstruktion und eine Restaurierungswerkstatt. Nach sechs Jahren Planungs- und Bauzeit wurde das Museum Flugwerft Schleißheim am 12.September 1992 eröffnet, Mitte 2000 konnte der einmillionste Besucher begrüßt werden.
Der Museumskomplex besteht aus der Werft, der Kommandantur von 1912, einem der ältesten erhaltenen Flugplatzgebäude, der Werkstatt, von deren Galerie die Restaurierungsarbeiten beobachtet werden können, und der neuen Ausstellungshalle. Auf insgesamt 6500 m² erwarten den Besucher rund 70 Luftfahrzeuge, vorher in Depots eingelagerte Objekte und Neuerwerbungen, Motorflugzeuge, Segelflugzeuge und Helikopter aus der Frühzeit der Luftfahrt bis heute, vom Wolfmüller Gleiter aus dem Jahr 1907 bis zum ersten Prototyp des Eurofighters. Im Winter sind häufig historische Gastflugzeuge untergestellt, ein Rollweg führt zur Startbahn des Flugplatzes. Auch die Flugzeuge der Ju-Air aus dem schweizerischen Dübendorf sind mindestens einmal im Jahr zu Gast und bieten ihre Rundflüge an.