Музей космонавтики расположен в цокольной части монумента "Покорителям космоса" - уникального памятника Москвы. Воздвигнутого в честь запуска Первого искусственного спутника Земли по проекту архитекторов М.О. Барща, А.Н. Колчина и скульптора А.П. Файдыша-Крандиевского и открытого 4 ноября 1964 года.

Замысел создания музея принадлежал Главному конструктору ракетно-космических систем С.П. Королеву. Музей был торжественно открыт 10 апреля 1981 года, к 20-летию полета в космос Ю.А. Гагарина. В фондах музея бережно хранятся образцы космической техники, личные вещи деятелей ракетно-космической отрасли, архивные документы, кино- и фотоматериалы, предметы нумизматики, филателии, филокартии и фалеристики, произведения изобразительного и декоративно-прикладного искусства.