Мемориальный музей космонавтики расположен в цокольной части монумента "Покорителям космоса" - уникального памятника Москвы, воздвигнутого в честь запуска Первого искусственного спутника Земли по проекту архитекторов М. О. Барща, А. Н. Колчина и скульптора А. П. Файдыша - Крандиевского и открытого 4 ноября 1964 года.
Выполнен памятник из полированного титана, применяемого в ракетостроении. Высотная часть монумента - это уникальная инженерная конструкция высотой 110 метров, угол наклона которой 77 градусов.
Замысел создания музея принадлежал Главному конструктору ракетно-космических систем С. П. Королеву. Музей был торжественно открыт 10 апреля 1981 года, к 20-летию полета в космос Ю. А. Гагарина. В фондах музея бережно хранятся образцы космической техники, личные вещи деятелей ракетно-космической отрасли, архивные документы, кино- и фотоматериалы, предметы нумизматики, филателии, филокартии и фалеристики, произведения изобразительного и декоративно-прикладного искусства.
В настоящее время музей и прилегающая Аллея Героев космоса открыты после реконструкции. Значительно расширенная и обновленная экспозиция позволяет демонстрировать полномасштабную ракетно-космическую технику.
В специальных зонах размещены интерактивные 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. 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
Площадь обновленного музея составляет 8500 квадратных метров, из них 4000 квадратных метров отводится под экспозицию. 85000 единиц хранения, из них 35000 - предметов основного фонда.
Наиболее ценные (уникальные) коллекции ММК:
Мемориальные коллекции, связанные с жизнью и деятельностью академика С.П.Королева. 20 000 ед.хр.
Коллекции образцов и макетов ракетно-космической техники. 350 ед.хр.
Коллекции космических скафандров различного назначения, специального космического снаряжения, полетной одежды космонавтов . 300 ед.хр.
Фонд редкой книги. 8000 ед.хр.
Фонд мемориальных предметов видных деятелей науки, конструкторов, космонавтов и др. 2500 ед.хр.
Коллекции живописи и графики, в том числе художников группы "Амаравелла", летчиков-космонавтов А.А.Леонова, В.А. Джанибекова 1000 ед.хр.
Коллекция плакатов. 1000 ед.хр.
Коллекции фотографий, негативов, диапозитивов. 20 000 ед.хр.
Фонд нумизматики. 8 000 ед.хр.
Фонд филателии. 10 000 ед.хр.
Фонд документов. 7500 ед.хр.
Коллекции скульптуры, керамики, стекла, фарфора и других предметов декоративно-прикладного искусства 350 ед.хр.