Музей открылся через год после смерти учёного Циолковского. Во время Великой Отечественной войны дом заняли немцы и уничтожили часть экспонатов.
На столетие учёного в 1957 году Академия наук СССР подарила музею научную экспозицию, её подготовил Королёв. В 1967 году изобретения переехали в Музей космонавтики, выставка личных предметов изобретателя осталась здесь.
В музее выставлены предметы интерьера, мебель Циолковского: рояль, письменный стол, приборы для опытов, кровать, тумбочка. На крыше сарая стоит телескоп, в комнатах — слуховые аппараты. В мастерской — токарный и гофрировальный станки, на них Циолковский делал детали дирижабля.
Рядом с музеем стоит памятник учёному.