台北大空襲發生於1945年5月31日，是二次世界大戰中大日本帝國台灣的台北州遭受到最大規模的盟軍空襲攻擊。
雖然美軍事先使用空照技術標明轟炸目標物，但是仍造成當場台北市民3000餘名死亡，傷者及無家可歸者更達數萬人以上。
早在1943年11月25日，美國陸軍第14航空軍的第11轟炸中隊出動8架、中美空軍混合團第一大隊第二中隊出動6架，共14架B-25在14航空軍23戰鬥大隊的8架P-51、8架P-38掩護下，從中國遂川起飛，轟炸了日軍台灣新竹州飛行基地。
該場戰役戰果為毀損日本軍機共52架；這是美軍對於台灣的第一次空襲。在此之前，蘇聯航空志願隊和中華民國空軍第一大隊也曾於1938年2月23日轟炸過台北的松山飛行基地，這些空襲定位於小型且針對軍事機構的零星轟炸。
美軍對台灣的全面性空襲是在二戰末期美軍奪取菲律賓蘇比克灣後。
1944年10月12日開始，美軍轟炸機隊從菲律賓起飛，有如定期班機似的對台灣的軍需產業進行轟炸，轟毀了屏東、虎尾等地可製造酒精燃料的糖廠、高雄港及岡山飛機製造廠（光此廠就挨了650噸炸彈）。
而相同的，就從那天開始，台北也成了美軍空襲範圍；頻繁的承受盟軍炸彈攻擊。
美軍對台北實施最嚴重的一次轟炸是發生在1945年5月31日。當天駐菲律賓蘇比克灣的美國第5航空隊，派出4支航空大隊共117架B-24實施此項任務。駐菲美空軍以三台B-24為一編組，從1945年5月31日上午10點起執行轟炸到下午1點，專門對台北實施無間斷的轟炸。
因為1944年10月10日起的台灣沖航空戰讓當時部屬在台灣的230架戰鬥機折損到無力迎擊，台灣空防只剩下地面炮火獨力支撐。
美軍對台北城的轟炸主要集中在台北城內（今 台北市忠孝西路、中華路、愛國西路、中山南路圍成的四方形）、城外的台灣步兵第一聯隊、山炮兵第48聯隊（兩單位均位於今中正紀念堂）等軍事單位以及包含台灣總督府在內，位於現在中山正區的榮町、京町、文武町、書院町、明石町、旭町等地的主要總督府所轄官署建物等等合計共挨了高達3,800枚的各式炸彈
此次空襲造成的最主要毀損應屬台灣總督府正面遭直接命中。
雖說美軍此次轟炸是以台北城內政府軍事、經濟活動頻繁地點為主要目標，但仍誤炸不少平民住宅。其中最嚴重的誤炸，就屬當時被雙連地區居民當成防空設施的大稻埕天主堂。除此之外，例如成淵中學、艋舺龍山寺、臺北第一女高（今北一女）、臺北一中（今建中）等學校、廟宇與不少民宅也普遍多有誤炸。其中，龍山寺的正殿、左廊均被炸毀，置於寺中的黃土水雕塑作品「釋迦出山」原作也焚燬於這次大空襲。唯一尚幸者為作品之石膏原模仍存，現藏臺北市立美術館。
帝國大學附屬醫院-現臺大醫院
台北一中紅樓-現建中
大稻埕天主堂週邊
這場空襲造成台北市民死傷慘重，當日死亡人數高達3000多人，而這數字幾乎是在這之前所有美軍對台灣空襲造成的死亡人數總和。另外，還有數萬人受傷與多棟建築毀損。
這場空襲暴露原本應有完整防空攔截體系的台北因為日軍的衰敗疲態呈現幾乎無空防的現狀，在面對盟軍轟炸時毫無抵抗力量。為此，台灣總督府開始針對各級學校實施更徹底的校園疏散（疏開學園）措施及防空演練。
戰後，因為中華民國政府親美立場，台灣許多報導文獻及教科書對此轟炸均隻字未提
