Экспозиция музея освещает две большие темы: "Жизнь и деятельность основоположника космонавтики К.Э. Циолковского" и "Вклад кировчан в освоение космоса". В экспозиции представлен вятский период жизни ученого:
мебель, предметы быта второй половины XIX в., которые могли находиться в домах вятских чиновников;
физические приборы конца XIX в. и которыми мог пользоваться ученый;
прижизненные издания работ К.Э. Циолковского в области аэродинамики, воздухоплавания, авиации, ракетной техники и т.д : фотографии, документы и личные вещи летчиков-космонавтов СССР: В.П. Савиных и А.А. Сереброва.