В историческом центре уездного города Вятки на улице Преображенской 160 лет назад в 1858 году усилиями купцов Шуравиных построен большой полукаменный с антресолями флигель. Здание сдавалось в наем, и с 1873 по 1878 гг. на втором этаже проживала семья великого русского учёного, основоположника космонавтики Константина Эдуардовича Циолковского.
В советское время в этом доме в течение 30 лет проживала семья Тухариновых. Юрий Владимирович Тухаринов – генерал-полковник, первый командующий 40-ой армией, который руководил вводом советских войск в Афганистан в 1979 г. Кроме того, он внёс большой вклад в строительство советских военно-космических объектов в Средней Азии.
В 1960-х и 1980-х г. здание претерпело ремонты, существенно изменившие его первоначальную внутреннюю планировку и интерьер. В 1968 г. на здании установлена мемориальная доска, увековечившая память о пребывании К.Э. Циолковского в Вятке, а в 2007 г. – доска в честь Ю.В. Тухаринова.
10 апреля 1988 г. состоялось торжественное открытие музея К.Э. Циолковского, авиации и космонавтики. В открытии приняли участие Виктор Петрович Савиных, летчик-космонавт СССР, дважды Герой Советского Союза, Александр Александрович Серебров, летчик-космонавт СССР, Герой Советского Союза, правнуки и внучка К.Э. Циолковского.
В 1989 г. проведены первые Молодежные Циолковские Чтения, ставшие впоследствии всероссийским форумом, где свои работы представляют школьники и студенты из всех регионов России.
В 2007 г. на территории музея установлен бюст В.П. Савиных.
В декабре 2014 г. началось строительство Детского космического центра, современного музейного учреждения с новыми экспозиционными залами, площадями для хранения экспонатов, цифровым планетарием.
13 марта 2018 г. состоялось торжественное открытие Детского космического центра. В открытии приняли участие министр культуры России В.Р. Мединский, губернатор Кировской области И.В. Васильев, летчик-космонавт СССР, дважды Герой Советского Союза В.П. Савиных, летчик-космонавт СССР, дважды Герой Советского Союза В.А. Джанибеков, а также представители администрации г. Кирова и Кировской области, руководители предприятий космической отрасли России.