4 ноября 1964 года в Москве на проспекте Мира состоялось открытие одного из самых величественных памятников ХХ века- монумента «Покорителям космоса», воздвигнутого в честь запуска 1-го искусственного спутника Земли. Высотная часть монумента – это уникальная инженерная конструкция, высотой 100 метров, угол наклона которой 77 градусов. Вес монумента – 250 тонн. Несколько лет спустя, 4 октября 1967 года, перед монументом была открыта Аллея Героев космоса. Монумент и прилегающая к нему Аллея Героев космоса, где были установлены бюсты выдающихся ученых С.П. Королева, М.В.Келдыша, В.П.Глушко и первых летчиков-космонавтов СССР Ю.А. Гагарина, В.В. Терешковой. А.А. Леонова, П.И. Беляева, В.М. Комарова, являются единым архитектурным ансамблем столицы.
Замысел создания музея в основании монумента «Покорителям космоса» принадлежал Главному конструктору ракетно-космических систем С.П. Королеву. Музей космонавтики был торжественно открыт в цокольной части монумента "Покорителям космоса" 10 апреля 1981 года, к 20-летию полета в космос Ю.А. Гагарина.
В фондах музея хранятся образцы космической техники, личные вещи деятелей ракетно-космической отрасли и космонавтов, архивные документы, кино- и фотоматериалы, предметы нумизматики, филателии, филокартии и фалеристики, произведения изобразительного и декоративно-прикладного искусства. Экспозиция Мемориального музея космонавтики была уникальна и просуществовала без изменений 25 лет. Необычность художественного оформления, нестандартный дизайн экспозиционного пространства позволяли ей оставаться одной из самых оригинальных музейных экспозиций нашей страны. Особенность собрания этого музея в том, что в отличие от большинства музеев космического профиля, история космонавтики рассматривается не только как развитие ракетно-космической техники, но и как социально - культурное явление в жизни общества, которое затрагивает многие сферы деятельности человека.
В новой экспозиции, открытой 11 апреля 2009 года, сочетаются научная достоверность и художественная выразительность. Здесь нашли широкое применение музейные инсталляции и новейшие музейные технологии. В интерактивных зонах размещены игровые компьютерные комплексы, оборудование для показа мультимедийных программ, экспонаты, которые включают в себя тренажеры, идентичные тренажерам в Центре подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина: тренажер транспортного космического корабля сближения и стыковки, виртуальный тренажер международной космической станции, тренажер пилота поискового вертолета. Значительно расширенная и обновленная экспозиция позволяет демонстрировать полномасштабную ракетно-космическую технику. В музее находится выполненный в миниатюре Центр управления полетами, где можно наблюдать Международную космическую станцию в реальном времени и осуществлять переговоры с экипажем, интерактивная кабина "Буран" с системой подвижности и панорамным стереоизображением, интерактивный познавательный и обучающий класс, выполненный в виде кают-компании.
Мемориальный музей космонавтики расположен в Северо – Восточном округе Москвы, где находятся предприятия, общественные организации, имеющие непосредственное отношение к космонавтике. Этот район Москвы по праву называют космическим. Здесь особенно много «космических» названий и объектов, таких как улицы академика Королева, Кибальчича, Цандера, Кондратюка, Космонавтов, Звёздный и Ракетный бульвары, гостиницы «Космос», «Звездная», кинотеатр «Космос».
Музей космонавтики имеет филиал - Мемориальный дом-музей академика С.П. Королёва. Этот музей находится в двухэтажном особняке, в котором с 1959 по 1966 г. жил и работал академик С.П. Королев. Он был подарен Сергею Павловичу Советским правительством после успешного запуска первого в мире искусственного спутника Земли. Музей уникален подлинностью своих экспонатов. Это личные вещи академика, библиотека технической и художественной литературы, книги с дарственными надписями от авторов, мебель, предметы быта, произведения изобразительного искусства.
Коллектив Мемориального музея космонавтики находится в постоянном творческом поиске, развиваясь как динамичная, живая структура. Сохраняя, изучая и распространяя знания об истории космонавтики, о жизни и творчестве С.П. Королева, музей служит своему Отечеству.