Сценарий к фильму был написан ещё в 1924 году был режиссёром Василием Журавлевым ещё во время учёбы в Государственном техникуме кинематографии он написал киносценарий о межпланетном перелёте, который, по его словам, был ещё «очень наивный и технически невыполнимый».

В написании сценария и научном консультировании принимал участие сам Константин Циолковский — основоположник теоретической космонавтики, которому фильм был посвящён.

При съёмках фильма были решены многие технические проблемы, к его созданию были привлечены ряд инженерных и художественных специалистов.

Первый показ фильма состоялся в Кремле в октябре 1935 года, а общая премьера состоялась 21 января 1936 года. Фильм получил и международное признание, он был закуплен несколькими десятками стран мира.

Киновед Александр Фёдоров написал: «…значимость „Космического рейса“ для развития советской кинофантастики трудно переоценить. После гораздо более упрощённой по подаче материала „Аэлиты“ Я. Протазанова это был существенный технологический рывок вперед».

Фильм признаётся одним из самых выдающихся научно-фантастических фильмов эпохи немого кино.