Máy bay trinh sát, hay còn gọi là máy bay do thám, là một loại máy bay quân sự được thiết kế hoặc sửa đổi/hoán cải để thực hiện trinh sát trên không với các nhiệm vụ: thu thập thông tin tình báo hình ảnh (bao gồm chụp ảnh từ trên không), thông tin tình báo tín hiệu, thông tin tình báo đo lường, dấu hiệu và ký hiệu. Công nghệ hiện đại cũng cho phép một số máy bay và UAV thực hiện giám sát thời gian thực bên cạnh việc thu thập thông tin tình báo chung.
Trong chiến tranh thế giới thứ nhất, máy bay đã được triển khai trong giai đoạn đầu của cuộc chiến với vai trò trinh sát, nó được ví như 'con mắt của quân đội' để hỗ trợ lực lượng chiến đấu mặt đất.[2] Việc trinh sát trên không từ thời điểm này cho đến năm 1945 hầu hết được thực hiện bởi các phiên bản cải tiến của máy bay tiêm kích và máy bay ném bom tiêu chuẩn có trang bị máy ảnh.[3] Chụp ảnh trở thành phương pháp chủ yếu để thu thập thông tin tình báo vào thời kỳ cuối chiến tranh thế giới thứ hai.
Thế chiến I cũng chứng kiến việc sử dụng thủy phi cơ để xác định vị trí tàu chiến đối phương. Sau trận đánh Jutland, tàu tiếp nhiên liệu thủy phi cơ bộc lộ nhiều điểm hạn chế, do đó tàu chiến chủ lực được thiết kế thêm để có khả năng mang, phóng và thu hồi thủy phi cơ quan sát. Loại thủy phi cơ này có thể trinh sát tàu chiến đối phương nằm ngoài tầm nhìn của thiết bị quan sát trên tàu mặt nước, và nó có thể phát hiện điểm rơi của đạn pháo trong các cuộc giao tranh tầm xa. Sau Thế chiến II, thủy phi cơ quan sát được thay thế bằng máy bay trực thăng.[4]