W zasadzie początek eksploracji kosmosu związany jest z niemiecką rakietą V2, która była pierwszym sztucznym obiektem, który znalazł się w kosmosie, pokonując problemy z ciągiem i materiałami. W czasie ostatnich dni II wojny światowej technologia ta została pozyskana przez Amerykanów i Rosjan, wraz z jej projektantami. Początkowo dalszy rozwój techniki rakietowej był podyktowany pracami nad międzykontynentalnymi rakietami balistycznymi (ICBM – Inter-Continental Ballistic Missle), które by mogły być dalekozasięgowymi nośnikami broni atomowej. Jednakże kiedy ZSRR wysłało pierwszego człowieka w kosmos, Stany Zjednoczone ogłosiły „wyścig kosmiczny” z Rosją.
Konstanty Ciołkowski, Robert Goddard, Hermann Oberth i Reinhold Tilling stworzyli zręby technologii rakietowej na początku XX wieku.
Wernher von Braun był głównym inżynierem nazistowskich Niemiec w zakresie prac nad rakietą V2. W ostatnich dniach wojny poprowadził konwój pracowników niemieckiego programu rakietowego do linii amerykańskich, gdzie się poddali i zostali przetransportowani do USA, gdzie pracowali nad rozwojem rakiet amerykańskich (stało się to w ramach operacji Spinacz, gdyż jako naziści nie mogli oficjalnie otrzymać azylu w Ameryce). Von Braun otrzymał amerykańskie obywatelstwo i poprowadził zespół, który stworzył i pomyślnie wystrzelił Explorera 1, pierwszego amerykańskiego satelitę. Później von Braun kierował Centrum Lotów Kosmicznych im. Marshalla, gdzie wraz z zespołem opracował rakietę Saturn V, która wyniosła pojazdy załogowe na księżyc.
Początkowo, w wyścigu w kosmos wygrywał Siergiej Korolow, do którego osiągnięć należy rakieta R-7 i program Sojuz, który jest aktywny po dziś dzień. Korolow stał za pierwszym satelitą, pierwszym mężczyzną, pierwszą kobietą na orbicie, a także za pierwszym spacerem kosmicznym. Do chwili śmierci, jego tożsamość pozostawała ściśle strzeżoną tajemnica. Nawet jego matka nie wiedziała, że jest on odpowiedzialny za stworzenie radzieckiego programu kosmicznego.
Początki eksploracji kosmosu były napędzane przez wyścig kosmiczny pomiędzy ZSRR a Stanami Zjednoczonymi. Dwa bardzo ważne wydarzenia, umieszczenie na orbicie Ziemi pierwszego obiektu – sztucznego satelity Sputnik 1 4 października 1957, i lądowanie pierwszego człowieka na Księżycu 21 lipca 1969 r. w amerykańskiej misji Apollo 11, są często określane jako granice tego pierwszego okresu.

Wiele ważnych celów zostało osiągniętych przez Związek Radziecki jako pierwszy, jak umieszczanie pierwszego człowieka w kosmosie – Jurija Gagarina na pokładzie pojazdu Wostok 1 w 1961 roku, czy pierwszy spacer kosmiczny, dokonany w roku 1965 przez Aleksieja Leonowa. W roku 1971 Rosjanie wystrzelili na orbitę pierwszą stację kosmiczną, Salut 1.
Po pierwszych 20 latach eksploracji, ciężar badań został przeniesiony z jednorazowych lotów na osprzęt wielokrotnego użytku, czego przejawem jest amerykański program lotów wahadłowców. Konkurencja zmieniła się we współpracę, co widać na przykładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Od początku lat lat 90. XX wieku osoby prywatne zaczęły interesować się turystyką kosmiczną. Duże rządowe agencje badań kosmosu zaczęły pracować nad załogowymi misjami na Księżyc i być może na planetę Mars po roku 2010.
Pierwszym obiektem, który został pomyślnie umieszczony na orbicie Ziemi, był radziecki satelita Sputnik 1. Satelita ten wyniesiony został 4 października 1957 roku. Ważył ok. 83 kg i prawdopodobnie poruszał się po orbicie Ziemi na wysokości ok. 250 km. Posiadał dwa nadajniki radiowe, pracujące na częstotliwościach 20 i 40 MHz, które emitowały impulsy, odbierane przez wszystkie radia na powierzchni planety.

Analiza sygnałów radiowych została użyta do oceny gęstości elektronów w jonosferze, a temperatura i ciśnienie były przekazywane bezpośrednio poprzez długość impulsów. Wyniki wskazywały, że satelita nie został przebity przez meteoroid. Sputnik 1 został umieszczony na orbicie za pomocą rakiety R-7. Satelita spalił się w atmosferze 3 stycznia 1958. Sukces Rosjan spowodował przyspieszenie amerykańskiego programu kosmicznego, który bez powodzenia próbował wystrzelić satelitę Vanguard 1 na orbitę dwa miesiące później. 31 stycznia 1958 Amerykanie pomyślnie wystrzelili próbnik Explorer 1 za pomocą rakiety Juno. Wcześniej muszki owocowe zostały pierwszymi zwierzętami w kosmosie. Stało się to 20 lutego 1947.