Le musée est situé dans le bâtiment de l'ancienne école de pilotage où a étudié le premier cosmonaute, Youri Gagarine. Sa création a été initiée par un ordre du ministre de la Défense de l'URSS en 1960. À l'origine, le musée était une Salle de gloire militaire de l'École supérieure militaire de pilotage d'Orenbourg. Avec l'augmentation du nombre d'expositions et la recherche des Héros de l'Union soviétique, anciens élèves de l'école, il s'est transformé au milieu des années 1960 en Musée de l'histoire de l'école. L'aspect moderne du musée a été acquis après une reconstruction en 1991. En 2007, il est devenu une branche du Musée de l'histoire d'Orenbourg et a reçu un nouveau nom, Musée de la cosmonaute.