Музей расположен в помещениях северного крыла Иоанновского равелина Петропавловской крепости.
Место для него в самом сердце Северной столицы выбрано неслучайно: в 1932 году на территории Петропавловской крепости начал работу секретный II отдел Газодинамической лаборатории.
Возле музея космонавтики, с северной внутренней стороны Иоанновского равелина, находятся:
- бюсты:
В.П. Глушко - основоположник отечественного ракетного двигателестроения
С.П. Королёву - главный организатор производства ракетно-космической техники и ракетного оружия в СССР и основоположник практической космонавтики
Ю.А. Гагарину - лётчик-космонавт СССР
- спускаемый аппарат топографического спутника «Комета», побывавший в космосе в 1990-е годы.