Музей космонавтики расположен в здании бывшего летного училища Оренбурга, где учился Ю.А. Гагарин. В здании действует 3 зала с экспозициями, показывающими историю училища и его учеников, развитие самолетостроения и освоение космического пространства.
Перед входом в здание расположен самолет МиГ-15, на котором летал первый космонавт СССР будучи курсантом. В музее хранятся также некоторые личные вещи Юрия Гагарина, экспонаты космической тематики.