Экспозиция зала «Научная биография К. Э. Циолковского» начинается с легенд и сказок о мечте человека покорить небо, а кончается вполне реальными проектами «доциолковского периода». Экспонаты, документы, действующие модели и макеты подробным образом рассказывают о развитии идей К. Э. Циолковского в области воздухоплавания, аэродинамики, поршневой и реактивной авиации. Главное место в зале занимают экспонаты, связанные с космонавтикой и ракетодинамикой.