Não é muito fácil encontrar documentários disponíveis online de forma gratuita (sem pirataria) ou por assinatura. Portanto resolvi fazer uma coleção de algumas fontes destas raridades.

Mundo Fox

A Fox oferece alguns episódios completos de algumas séries do NatGeo. Por exemplo, ´A ciência das lutas´, ´Arquitetura Secular´, ´Mega Consertos´, etc.

http://www.mundofox.com.br/br/shows/natgeo

Porta-Aviões HMS Illustrious – Conexões da Engenharia

YouTube

O Youtube por vezes libera gratuitamente alguns vídeos completos de documentários autorizados pelos detentores dos direitos autorais.
Um exemplo é a série NOVA, do canal PBS, disponível em
http://www.youtube.com/show?p=rJP5gzeyV8g&s=35

Lord of the Ants, completo

Netflix

O tradicional serviço americano de streamming de vídeos já está disponível no Brasil.
Pelo site
https://signup.netflix.com/?locale=pt-BR
Por enquanto o acervo em português é um tanto limitado, mas prometem fazer uma adição constante de material.
No período de avaliação percebi que eles possuem diversos episódios da série ´O Universo´ do History Channel.

iTunes

Para os que possuem algum produto da Apple, a dica é buscar na loja do iTunes pela seção de documentários.
O acervo em português é pequeno e inclui títulos como por exemplo, ´Reino dos Felinos, Senna, ´Escolhido pelo povo´, ´Copa do Mundo Fifa 2006´, dentre outros.

TV Escola

O canal brasileiro possui em seu site uma videoteca na qual é possível garimpar algumas preciosidades, como a série Átomo (BBC), ´Eles Filmaram A Guerra Em Cores´, ´Racismo: Uma história´, etc.
http://tvescola.mec.gov.br/

PBS Video

O canal PBS oferece uma coleção de centenas de documentários completos em seu site.
http://video.pbs.org/
É preciso paciência para descobrir quais estão liberados para acessar fora dos Estados Unidos.