Hangar Główny wykorzystywany był przez 2 Pułk Lotniczy. Zaprojektowany i wzniesiony na przełomie lat 20. i 30. XX wieku. Obok dawnych dróg kołowania i pasa startowego jest elementem najsilniej łączącym obecne Muzeum Lotnictwa Polskiego z jego przeszłością. W Hangarze Głównym można zapoznać się z wystawą stałą „Skrzydła i Ludzie XX wieku”, przedstawiającą głównie statki powietrzne od lat 20-tych XX wieku, aż po lata 50-te XX wieku.
Statkom powietrznym towarzyszą liczne silniki, mundury, odznaki i odznaczenia, dokumenty, uzbrojenie oraz pojazdy lotniskowe. Prezentowane są na trzech wysokościach: na podłodze, na podporach oraz podwieszone pod dachem hangaru.
Najcenniejszym eksponatem Muzeum, jest samolot myśliwski PZL P.11c – bohater Polskiego Września 1939 r. z krakowskiej 121 Eskadry Myśliwskiej, jedyny zachowany egzemplarz na świecie. To symbol naszej instytucji, niezmiennie od lat umieszczany w jej logotypach. Obok niego znajdują się m.in. inne unikatowe produkty polskiego przedwojennego przemysłu lotniczego – szkolno-treningowy dwupłatowiec PWS-26 oraz samoloty turystyczne RWD-13 i RWD-21.
Liczna jest kolekcja maszyn zagranicznych. Na jej czele stoją dwaj wielcy rywale z czasów II wojny światowej – myśliwce Supermarine Spitfire (Mk XVIe) oraz Messerschmitt Bf-109 (G-6). Noszący barwy 308 Dywizjonu Myśliwskiego „Krakowskiego” Spitfire stoi na podwyższeniu, imitującym trawiaste pola wzlotów brytyjskich lotnisk z lat II wojny światowej z fragmentem oryginalnego ogrodzenia bazy Northolt, gdzie stacjonował m.in. słynny 303 Polski Dywizjon Myśliwski.
Na podwyższeniach umieszczono samoloty transportowe i bombowe. Są to Lisunow Li-2 (licencyjny Douglas DC-3), Amiot AAC.1 Toucan (francuska wersja Junkersa Ju 52/3m) oraz dwusilnikowy bombowiec Tupolew Tu-2S przystosowany do testowania foteli katapultowych. W Hangarze Głównym prezentowane są również takie ciekawostki, jak amerykański Curtiss Hawk (prezent od władz III Rzeszy dla niemieckiego asa Ernsta Udeta), brytyjski De Havilland DH.112 Sea Venom (odrzutowiec pokładowy ze składanymi skrzydłami) czy jedna z konstrukcji polskiego inżyniera Tadeusza Ciastuły – zbudowany w Wielkiej Brytanii śmigłowiec Saunders-Roe Skeeter AOP.12.
Dopełnieniem eksponatów są stanowiska multimedialne, na których można zapoznać się z historią lotnictwa w Polsce, działaniami lotniczymi w czasie II wojny światowej oraz dorobkiem polskich konstruktorów, zmuszonych po wojnie pracować na emigracji. W gablotach prezentowane są pamiątki osobiste, związane z wielkimi postaciami polskiego lotnictwa – Władysławem Gnysiem, Bogdanem Kwiecińskim, Mieczysławem Medweckim, Bolesławem Orlińskim, Jadwigą Piłsudską, Karolem Pniakiem oraz Stefanią Wojtulanis-Karpińską.
