گرایش سازه‌های هوافضایی یکی از گرایش‌های رشته‌ مهندسی هوافضا در مقطع تحصیلات تکمیلی می‌باشد که از بدو تأسیس دانشکده در سال ۱۳۸۱ در دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی ایجاد شده است. در این گرایش به دیدگاه‌های لازم برای تحلیل و طراحی سازه‌ای وسایل پرنده مانند هواپیما، هلیکوپتر، ماهواره، موشک و نیز تجهیزات و سازه‌های مرتبط که نیاز به محاسبات هوافضایی دارند، پرداخته می‌شود. یک مهندس سازه باید توانایی طراحی و تحلیل رفتار اجزای یک سازه‌ هوایی/فضایی را داشته باشد. طراحی یک سازه مناسب به عنوان پیکره اصلی یک وسیله‌ نقلیه‌ هوایی یا فضایی، نقش عمده‌­ای در کاهش وزن مجموعه داشته و تأمین استحکام آن نیز اهمیت بالایی در ایمنی کاربران دارد. این مقوله، نیازمند آشنایی با شرایط بارگذاری سازه‌ها، مبانی و تئوری‌های موجود برای تحلیل و طراحی سازه، استفاده از مواد پیشرفته و همچنین بهینه‌سازی با هدف افزایش استحکام و ایمنی، کاهش وزن و بهبود رفتارهای دینامیکی است. در گرایش سازه‌های هوافضایی این دانشکده تلاش می‌­شود که برنامه‌ آموزشی متناسب با نیازهای کشوردر زمینه‌‌ طراحی سازه‌های هوافضایی مورد نیاز صنایع، مراکز تحقیقاتی و مؤسسات آموزش عالی کشور ارائه گردد. در حال حاضر این گروه دارای آزمایشگاه‌‌های زیر می‌باشد:
۱- آزمایشگاه سازه‌های پیشرفته هوافضایی
۲- آزمایشگاه پژوهشی سلامت‌سنجی و دینامیک سازه
۳- آزمایشگاه مقاومت مصالح
۴- کارگاه ورق‌کاری و جوش‌کاری در صنایع هوایی