Nato il 17 settembre del 1857 nel villaggio di Izhevskoye, quinto di 18 fratelli, Tsiolkovsky era figlio di un immigrato polacco. A 10 anni rimase sordo a causa della scarlattina e a 14 fu costretto a lasciare la scuola. Continuò la sua educazione a casa, e dal 1873 al 1876 visse a Mosca, dove studiò matematica, chimica, astronomia e meccanica.

Già a 17 anni iniziò a immaginare la possibilità di volare nello spazio, e ispirato dai romanzi di Jules Verne, si mise a pensare a come progettare un veicolo spaziale. Non solo propose di esplorare l’Universo, ma anche di stabilire delle colonie. Terminati gli studi, insegnò a Kaluga, e iniziò a scrivere storie di fantascienza, introducendo elementi di scienza e tecnologia. Dalla fantascienza passò agli studi sui principi di azione e reazione, e il propellente dei razzi.

Nel 1894 disegnò un monoplano e nel 1897 costruì il primo tunnel del vento in Russia. Scrisse diversi libri sull’esplorazione nello spazio, e fu il primo ad usare la matematica e la fisica per studiare e fare modelli del funzionamento dei razzi spaziali.

Teorizzò molti aspetti del volo spaziale e della propulsione missilistica. Viene considerato il padre del volo spaziale umano e il primo uomo a concepire l’ascensore spaziale. La sua opera più famosa fu “L’esplorazione dello spazio cosmico per mezzo di motori a reazione”, che pubblicò nel 1903 e che è considerato il primo trattato accademico sulla missilistica. Il suo lavoro pose le basi del futuro programma spaziale sovietico e influenzò più tardi gli scienziati missilistici di tutta Europa, e fu anche studiato dagli statunitensi nei decenni del 1950 e del 1960 mentre tentavano di comprendere i primi successi dell’Unione Sovietica nel volo spaziale.

Nel 1903 pubblicò la formula di Tsiolkovsky, tuttora alla base dell’ingegneria dei veicoli spaziali odierni. È del 1929 la pubblicazione della sua teoria dei razzi a multistadio. Tsiolkovsky è anche ricordato per le sue idee sull’industrializzazione dello spazio e lo sfruttamento delle sue risorse.

Fin dalla sua morte, avvenuta il 19 settembre del 1935, fu celebrato e onorato. Un cratere della Luna porta il suo nome, e nel 1989 è entrato a far parte dell’International Aerospace Hall of Fame. A Kaluga gli è intitolato il museo di storia della cosmonautica.