4 октября 1957 года состоялся успешный запуск «Спутника-1» — первого искусственного спутника Земли. Начало космической эры человечества было решено увековечить памятником-обелиском на Ленинских (ныне Воробьёвых) горах возле главного корпуса МГУ и планировавшегося памятника Владимиру Ленину. Конкурс на проект был объявлен в марте 1958 года, и к назначенному на 10 мая окончанию приёма заявок в конкурсную комиссию поступили более тысячи проектов из 114 городов СССР и зарубежных стран, 356 из которых были отобраны и представлены на специальной выставке в Манеже. Наибольшую благосклонность жюри снискали три работы, обратившиеся к теме взлёта ракеты. Первой премии был удостоен проект архитекторов Михаила Барща, Александра Колчина, инженера Льва Щипакина и скульптора Андрея Файдыша-Крандиевского «Народ-созидатель»; второе место заняла композиция «Трое» архитекторов И. Волкова и Каро Алабяна и скульптора А. Зеленского; третьей стала «Красная звезда КЭЦ» архитектора А. Антонова и инженера Н. Быстрякова. Проект-победитель диссонировал с ансамблем Ленинских гор, поэтому было решено перенести монумент на пустырь возле входа на ВДНХ[1][2][3][4].

Проект-победитель не был лишён недостатков. В частности, не было технического решения для высотной конструкции: шлейф ракеты планировалось выполнить из дымчатого полупрозрачного стекла с ночной подсветкой изнутри. Разработку нестандартной инженерной конструкции взял на себя ЦНИИПСК им. Мельникова под руководством Владимира Лаптева. Решение облицевать монумент отполированными титановыми пластинами, не подверженными коррозии и отражающими небо, предложил конструктор-ракетостроитель Сергей Королёв, он же добился поставок дефицитного металла для строительства. Также в процессе доработки высота монумента увеличилась с первоначальных 50 метров до рекордных для Москвы 107. По инициативе Королёва в проектное задание, утверждённое Постановлением Совета Министров СССР № 316 от 10 марта 1960 года, был включён музей космонавтики, который должен был в будущем разместиться в стилобате монумента. Королёв уделял проекту монумента большое внимание, пристально следил за ходом работ, а когда переехал жить в Останкинский район, то, по свидетельствам его супруги Нины Михайловны, посещение строительной площадки стало регулярной составляющей их вечерних прогулок[1][2][3][4][5].

Пока архитекторы и инженеры работали над проектом, начались пилотируемые космические полёты, поэтому было решено изменить посвящение монумента, и памятник получил название «Покорителям космоса». 250-тонная стальная решётчатая конструкция, облицованная титановыми пластинами, была собрана вручную на земле и поднята при помощи специальных кранов[6].

Торжественное открытие монумента состоялось 4 ноября 1964 года[7], в седьмую годовщину запуска Первого искусственного спутника Земли[8] и в канун 47-й годовщины Великой Октябрьской социалистической революции.

Спустя три года перед монументом на развилке проспекта Мира и улицы Академика Королёва разбили парк с мемориальной аллеей Героев Космоса. Со временем на аллее были установлены бюсты космонавтов и пионеров ракетостроения: Юрия Гагарина, Валентины Терешковой, Владимира Комарова, Сергея Королёва, Мстислава Келдыша, Валентина Глушко.

10 апреля 1981 года, в 20-летнюю годовщину полёта Юрия Гагарина, открылся задуманный Королёвым Мемориальный музей космонавтики, работу над которым от ОКБ-1 курировала комиссия под руководством конструктора М. К. Тихонравова[2][3][4][9].

В 2006—2009 годах была проведена реконструкция аллеи. Бюст Королёва был перенесён к его мемориальному дому-музею, а на аллее установили памятник работы Салавата Щербакова. Также на аллее появилась масштабная модель Солнечной системы, в которую помимо восьми общепризнанных планет был включён Плутон, двумя годами ранее лишённый статуса планеты по решению Международного астрономического союза и переквалифицированный в карликовую планету в составе пояса Койпера[10][11].

Летом 2022 года начались реставрационные работы по сохранению монумента[12].