Музей включает семь экспозиционных и выставочных залов:

• зал «Вятка Циолковского»;
• зал «Гостиная вятского чиновника 1870-х гг.»;
• зал «Мастерская Циолковского»;
• зал «Покорители неба»;
• зал «Обнимая небо крепкими руками»;
• зал «Космическая техника»;
• выставочный зал.

Посетители увидят уникальные предметы, которые дают представление о Вятке периода проживания в ней К. Э. Циолковского. Экспонаты познакомят с историей его семьи, периодом обучения в гимназии и его работой репетитором в Москве.

Гости ознакомятся с коллекцией макетов самолетов, подлинными предметами, документами и фотографиями, раскрывающими историю создания Кировского аэроклуба и его первых организаторов – героев Великой Отечественной войны, великих спортсменов. Ребята увидят продукцию кировских предприятий, чьи изделия используются в авиации, а также предметы, связанные с историей освоения космоса: спускаемый аппарат с парашютом, камеры для жидкого топлива двигателя ракеты и фрагмент рельса с Байконура, по которому доставлялись ракеты на старт.

Ценителей восхитят огромные живописные полотна космической тематики художников А. И. Веприкова и Ю. А. Князева.