Первым, кто научно доказал возможность использования реактивного движения для полётов в космосе, был К. Э. Циолковский. В статье «Исследование мировых пространств реактивными приборами» (1903) и в последующих работах он обосновал реальность технического осуществления космических полётов, указал пути развития ракетостроения и космонавтики, дал схемы жидкостных ракет и ракетных двигателей (ЖРД). Высказанные Циолковским технические идеи находят применение при создании современных ракетных двигателей, ракет и других космических аппаратов. Помимо работ Циолковского, вопросам теории реактивного движения были посвящены исследования Н. Е. Жуковского (с 1882), И. В. Мещерского (с 1897) и других учёных. К концу 19 в. в России было предложено свыше 10 проектов реактивных летательных аппаратов (Ф. Р. Гешвенд, А. П. Федоров и др.).

  После Октябрьской революции 1917 экспериментальные работы в области ракетной техники стали проводиться с 1921 в Газодинамической лаборатории (ГДЛ), в которой создавались и с 1928 испытывались в полёте ракеты на бездымном порохе (Н. И. Тихомиров, В. А. Артемьев, Г. Э. Лангемак, Б. С. Петропавловский), а с 1929 начаты работы по электрическим и жидкостным ракетным двигателям (В. П. Глушко). В 1926—29 Циолковский дополнил свои исследования по космонавтике; проблемой динамики ракетного полёта занимался В. П. Ветчинкин; многие вопросы теории космического полёта и ракетостроения нашли новое решение в трудах Ю. В. Кондратюка (1919—29); разработкой межпланетных полётов и проектированием космических летательных аппаратов занимался Ф. А. Цандер (1924—33). В 1932 в Москве была создана Группа изучения реактивного движения (ГИРД), осуществившая под руководством С. П. Королева в 1933 первые пуски советских жидкостных ракет конструкции М. К. Тихонравова и Цандера. В конце 1933 на базе ГДЛ и ГИРД был основан Реактивный институт научно-исследовательский (РНИИ), в котором развернулась широкая программа исследований, завершившаяся созданием многих экспериментальных управляемых и неуправляемых баллистических и крылатых ракет с жидкостными, твёрдотопливными, гибридными и комбиниров. ракетными двигателями, а также воздушно-реактивных двигателей. В 1937—39 была завершена проводившаяся в ГДЛ разработка твёрдотопливных реактивных снарядов (Лангемак, Артемьев, И. Т. Клейменов и др.); были созданы многозарядные самоходные пусковые установки с этими снарядами — «Катюши» (И. И. Гвай, В. Н. Галковский,А. П. Павленко и др.) и изготовлены их опытные образцы. В предвоенные годы в Советском Союзе сформировались основные направления в ракетостроении: создание ракет на жидких топливах (низкокипящих и высококипящих) и твёрдом топливе. В период Великой Отечественной войны 1941—45 был создан серийный образец «Катюши» и разработан ряд новых типов пусковых установок для Советской Армии и ВМФ (В. П. Бармин, В. А. Рудницкий, А. Н. Васильев и др.); велись также работы по созданию жидкостных ракетных ускорителей для серийных боевых самолётов (Глушко, Королев).

  Современное ракетостроение фактически создано в годы первых послевоенных пятилеток (1946—55). Необходимость развития этой отрасли техники и производства отмечалась на 1-й сессии Верховного Совета СССР 2-го созыва в марте 1946. Разработку образцов ракет нового типа приходилось вести одновременно с решением многих организационных задач. Наряду с расширением и реконструкцией действующих заводов был построен ряд крупных НИИ, КБ, заводов, полигонов, были привлечены институты АН СССР, ЦАГИ и другие научные центры.

  В короткие сроки, используя отечеств. и зарубежный опыт, была создана и 10 октября 1948 успешно стартовала первая советская управляемая баллистическая ракета с дальностью около 300 км (Р-1). В конце 40-х гг. над вопросами проектирования и изготовления ракет работали 13 НИИ и КБ, 35 заводов. На базе Р-1 было разработано несколько вариантов высотных научно-исследовательских геофизических ракет. С 1949 начала осуществляться последовательная программа изучения верхних слоев атмосферы с помощью зондирующих ракет, получивших название «академических». Организованная при Президиуме АН СССР Комиссия (председатель А. А. Благонравов) определила содержание этой программы и руководила практическими мероприятиями по её реализации. В 1951 состоялся первый запуск специальной вертикально стартующей зондирующей ракеты. В полёте впервые участвовали живые существа (две подопытные собаки). В этом же году созданы метеорологические ракеты типа МР-1. Планомерное изучение верхней атмосферы Земли стало первым шагом на пути подготовки комплекса исследований космического пространства и его освоения; для этих целей применялись ракеты 1РА-Е, В2А, В5В и др.

  В связи с развернувшимися в начале 50-х гг. работами по созданию межконтинентальных баллистических ракет (МБР) и ракет-носителей (РН) 15 мая 1955 было принято решение о строительстве космодрома Байконур — одного из крупнейших космодромов Советского Союза. 21 августа 1957 прошла испытание первая в мире МБР (Р-7), а 4 октября того же года модифицированным вариантом этой ракеты был запущен первый искусств. спутник Земли (ИСЗ) — началась космическая эра. Запуск первого ИСЗ показал, что выбраны правильные пути решения таких проблем космического полёта, как создание ракетных двигателей, систем управления и автоматики РН, баллистики полёта. Принципиальным достижением советской космонавтики явилось получение первой космической скорости (около 8 км/сек). На 2-м ИСЗ (выведен на орбиту 3 ноября 1957) впервые в космосе были проведены биологические исследования, а также исследования космических лучей и коротковолновой радиации Солнца. Возникла новая область науки — космическая физика. 15 мая 1958 запущен 3-й ИСЗ — первая автоматическая научная станция. Впервые проведены прямые измерения магнитного поля Земли, мягкой корпускулярной радиации Солнца, химического состава и давления атмосферы, электронной концентрации ионосферы, плотности распределения метеорного вещества вокруг Земли. В качестве источника энергии впервые в СССР применены солнечные батареи.

  После запусков первых ИСЗ и начавшегося развития исследований околоземного космического пространства одним из важнейших шагов космонавтики явилась подготовка к осуществлению полётов человека в космос (с этой целью с 15 мая 1960 по 25 марта 1961 на орбиту вокруг Земли было выведено 5 кораблей-спутников). 12 апреля 1961 — день первого космического полёта Ю. А. Гагарина на корабле «Восток», начало эпохи непосредственного проникновения человека в космос. С каждым последующим полётом увеличивалась их продолжительность, возрастал и объём работ, выполнявшихся космонавтами. Суточный полёт вокруг Земли совершил Г. С. Титов, трое суток продолжался совместный групповой полёт космонавтов А. Г. Николаева и П. Р. Поповича.

  В июне 1963 были совершены многосуточные полёты В. Ф. Быковского и первой женщины-космонавта В. В. Терешковой. Одновременно велись работы по созданию многоместного корабля «Восход», первые испытания которого (октябрь 1964) провели В. М. Комаров, К. П. Феоктистов, Б. Б. Егоров. В марте 1965 на орбиту выведен корабль «Восход-2», пилотируемый П. И. Беляевым и А. А. Леоновым, совершившими первый эксперимент по выходу человека в космос. Необходимость тщательной отработки техники маневрирования в космосе привела к созданию космических аппаратов, способных совершать заданный маневр (помимо посадки). Запуски таких аппаратов («Полёт-1» и «Полёт-2») осуществлены в 1963—64. Развитие космической техники на всех этапах опиралось на исследования в области механики космического полёта и прикладной небесной механики. Выполнены исследовательские работы по динамике движения космических аппаратов, навигации и управлению, баллистическому проектированию. Проведено уточнение ряда астрономических постоянных по данным наземных наблюдений за движением спутников.

  Полёты космических ракет к Луне и планетам Солнечной системы в СССР начаты 2 января 1959, когда первая автоматическая межпланетная станция (АМС) вышла из поля тяготения Земли, прошла на расстоянии около 7500 км от поверхности Луны и вышла на орбиту вокруг Солнца, став его первым искусств. спутником. Впервые была достигнута вторая космическая скорость (около 11,2 км/сек). На 1 января 1977 выведено в космос 24 АМС серии «Луна», с помощью которых впервые получены фотографии обратной стороны Луны, совершена первая мягкая посадка, переданы панорамы поверхности, создан первый искусственный спутник Луны, трижды доставлены на Землю образцы лунного грунта, а на Луну — самоходные аппараты «Луноход-1» и «Луноход-2». С помощью АМС, запускаемых в сторону Венеры (с 1961) и Марса (с 1962), а также аппаратов серии «Зонд» (1964—70) собран обширный материал, необходимый для обеспечения надёжности, конструирования и управления АМС и их радиосвязи с Землёй в дальних и продолжит, полётах. На станции «Зонд-2» в системе ориентации испытаны электроракетные плазменные двигатели. На АМС «Зонд-3, -6, -7, -8» были получены высококачественные изображения лунной поверхности. АМС «Марс-2» и «Марс-3» выполнили ряд научных исследований космического пространства на трассе Земля — Марс, Марса и околопланетного пространства с орбиты искусственного спутника планеты. Отделившаяся от «Марса-2» капсула впервые достигла этой планеты, а спускаемый аппарат «Марса-3» совершил мягкую посадку и передал сигналы с её поверхности. В 1973 впервые полёт по межпланетной трассе одновременно совершили 4 АМС; станция «Марс-5» стала 3-м советским искусственным спутником Марса, а АМС «Марс-6» достигла его поверхности.