El Ministerio de Defensa gestiona un importante patrimonio museístico, del que forman parte el Museo del Ejército y el Museo Naval. El Museo del Ejército tiene su sede en Toledo, en el Alcázar, una fortaleza cuyos orígenes se remontan a época medieval. Su antecedente es el Real Museo Militar, creado por Real Orden de 29 de marzo de 1803, lo que lo convierte en uno de los museos más antiguos de España. Durante el siglo XIX estuvo instalado en Madrid, y su colección de artillería se ubicó desde 1841 en el Palacio del Buen Retiro. En 2010 el museo se trasladó a Toledo, donde ocupa dos edificios: el histórico Alcázar y otro de nueva planta. Conserva en torno a 37.000 objetos de muy diversa naturaleza: una destacada colección de artillería con piezas medievales, armas de fuego portátiles reglamentarias de todas las épocas, arma blanca, banderas, miniaturas y piezas etnográficas procedentes de la Cochinchina y del Pacífico. Es un museo nacional de titularidad y gestión estatal adscrito al Ministerio de Defensa, con dependencia del Instituto de Historia y Cultura Militar del Ejército de Tierra.
El Museo Naval, con sede en Madrid, se remonta al 28 de septiembre de 1792, por iniciativa de Antonio de Valdés y Fernández Bazán, Secretario de Marina del rey Carlos IV. Se inauguró el 19 de noviembre de 1843, reinando Isabel II, en el Palacio de los Consejos, y desde octubre de 1932 tiene su sede en el Cuartel General de la Armada, en el Paseo del Prado número 5. Depende de la Armada, en el ámbito del Ministerio de Defensa, y está regido por un Real Patronato. Sus colecciones abarcan desde el siglo XV hasta la actualidad e incluyen modelos de buques, cartografía, pintura, instrumentos náuticos, uniformes, banderas y armas. Su pieza más valiosa es la carta de Juan de la Cosa, realizada en el año 1500, que constituye la primera representación cartográfica conocida del continente americano. El museo conserva también objetos rescatados del galeón San Diego, hundido en aguas de Filipinas en 1600.
Ambos museos comparten la titularidad estatal y su vinculación con el Ministerio de Defensa, pero responden a ejércitos distintos: el Museo del Ejército se relaciona con el Ejército de Tierra, mientras que el Museo Naval se integra en la estructura de la Armada. El primero es gestionado por la Fundación Museo del Ejército y su discurso expositivo muestra, a través de sus fondos, la historia de España y las aportaciones de lo militar al progreso social, cultural y científico. El segundo tiene como misión adquirir, conservar y exponer materiales de valor histórico, artístico y científico relacionados con la Marina, con el fin de difundir el patrimonio marítimo español. Juntos constituyen dos de los grandes museos históricos dependientes de Defensa.