13 июня 1961 Ю. А. Гагарин заложил первый камень в фундамент здания будущего музея. Музей был открыт для посетителей в 1967 году. Архитекторы — Б. Г. Бархин, Е. И. Киреев, Н. Г. Орлова, В. А. Строгий, К. Д. Фомин. Мозаика «Покорители космоса» в вестибюле музея создана А. Васнецовым из смальты и натурального камня. В 1960 году — музей был определён научно-методическим центром по координации деятельности музеев СССР космического профиля, а в 1979 году получил статус научно-исследовательского учреждения. В 1993 году Государственный музей истории космонавтики имени К. Э. Циолковского был отнесен к крупнейшим культурно-просветительным учреждениям, имеющим особенную общественную значимость. 21 июня 1973 года на территории калужского музея космонавтики на 38 метров взметнулась ввысь дублирующая копия (не макет) гагаринского «Восток-1», созданной на основе ракеты-носителя Р-7. Экспозиции музея раскрывают историю воздухоплавания, авиации, ракетно-космической техники. Исчерпывающим образом представлено научное наследие Константина Эдуардовича Циолковского, основоположника теоретической космонавтики, крупного изобретателя, автора трудов по философии и социологии. Представлены образы техники будущего (самолёт, дирижабль, ракета, эфирные поселения), обоснованные учёным.