L'histoire militaire du Royaume-Uni pendant la Seconde Guerre mondiale couvre la Seconde Guerre mondiale contre les puissances de l'Axe, commençant le 3 septembre 1939 avec la déclaration de guerre du Royaume-Uni et de la France, suivie par les Dominions et les colonies de la Couronne britanniques, contre l'Allemagne nazie en réponse à l'invasion de la Pologne par l'Allemagne. La drôle de guerre culmina en avril 1940 avec l'invasion allemande du Danemark et de la Norvège. Winston Churchill devient premier ministre et chef d'un gouvernement de coalition en mai 1940. La défaite des autres pays européens suivit rapidement – la Belgique, les Pays-Bas, le Luxembourg et la France – aux côtés du Corps expéditionnaire britannique qui conduit à l'évacuation de Dunkerque.
À partir de juin 1940, la Grande-Bretagne et son Empire continuèrent seuls le combat contre l'Allemagne. Churchill engagea l'industrie, les scientifiques et les ingénieurs pour conseiller et soutenir le gouvernement et l'armée dans la poursuite de l'effort de guerre. L'invasion prévue du Royaume-Uni par l'Allemagne est évitée par la Royal Air Force niant la supériorité aérienne de la Luftwaffe dans la bataille d'Angleterre, et par son infériorité marquée dans la puissance navale. Par la suite, les zones urbaines de Grande-Bretagne ont subi de lourds bombardements pendant le Blitz à la fin des années 1940 et au début de 1941. La Royal Navy mit en place un blocus de l'Allemagne et protégea les navires marchands lors de la bataille de l'Atlantique. L'armée contre-attaqua en Méditerranée et au Moyen-Orient, y compris dans les campagnes d'Afrique du Nord et d'Afrique de l'Est, et dans les Balkans.
Le Royaume-Uni et les pays alliés ont signé la Déclaration du palais Saint James en juin 1941, s'engageant à ne pas conclure de paix séparée avec l'Allemagne et énonçant des principes devant servir de base à une paix future. Churchill conclut une alliance avec l'Union soviétique en juillet et commença à envoyer des fournitures à l'URSS. En août, Churchill et le président américain Franklin Roosevelt rédigent la Charte de l'Atlantique pour définir des objectifs pour le monde d'après-guerre. En décembre, l'empire du Japon attaque les possessions britanniques et américaines avec des offensives presque simultanées contre l'Asie du Sud-Est et le Pacifique central, tout en attaquant la flotte américaine à Pearl Harbor. La Grande-Bretagne et l'Amérique déclarent la guerre au Japon, débutant la guerre du Pacifique. La grande alliance du Royaume-Uni, des États-Unis et de l'Union soviétique est formée, au cours de laquelle est convenue la grande stratégie européenne pour la guerre, L'Allemagne d'abord. La Déclaration des Nations unies rédigée par Roosevelt et Churchill à Washington en décembre 1941 officialise les Alliés de la Seconde Guerre mondiale. Le Royaume-Uni et ses alliés subissent de nombreuses défaites désastreuses lors de la guerre sur le théâtre Asie-Pacifique au cours des six premiers mois de 1942.
Des victoires sont durement disputées en 1943 dans la campagne d'Afrique du Nord, dirigée par le général Bernard Montgomery, et dans la campagne d'Italie qui suivra. Les forces britanniques jouent un rôle majeur dans la production de renseignements ultra, le bombardement stratégique de l'Allemagne et le débarquement de Normandie en juin 1944. La libération de l'Europe suit le 8 mai 1945, accomplie en collaboration avec l'Union soviétique, les États-Unis et d'autres pays alliés. La bataille de l'Atlantique fut la plus longue campagne militaire continue de la guerre.
Sur le théâtre de l'Asie du Sud-Est, la flotte de l'Est mène des frappes dans l'océan Indien. L'armée britannique mène la campagne de Birmanie pour chasser le Japon de la colonie britannique ; impliquant un million de soldats à son apogée, provenant principalement de l'Inde britannique, la campagne fut finalement couronnée de succès à la mi-1945. La flotte britannique du Pacifique participe à la bataille d'Okinawa et aux dernières frappes navales contre le Japon. Des scientifiques britanniques ont contribué au projet Manhattan pour concevoir une arme nucléaire. La capitulation du Japon est annoncée le 15 août 1945 et signée le 2 septembre 1945.