Das Museum befindet sich in einem Gebäude der ehemaligen Flugschule, in der der erste Kosmonaut Juri Alexejewitsch Gagarin studierte. Seine Gründung wurde 1960 durch einen Befehl des Ministers für Verteidigung der UdSSR initiiert. Ursprünglich war das Museum ein Raum des Kampfes Ruhm der Orenburger Militärfliegerschule. Mit der Zunahme der Exponate und der Suche nach Helden der Sowjetunion, Absolventen der Schule, verwandelte es sich in den 1960er Jahren in das Museum der Geschichte der Schule. Das moderne Erscheinungsbild erhielt das Museum nach der Renovierung im Jahr 1991. Im Jahr 2007 wurde es eine Filiale des Museums der Geschichte von Orenburg und erhielt den neuen Namen, Museum der Kosmonautik.