Le strutture furono realizzate alla metà degli anni cinquanta come centro per missili a lungo raggio,[1] ma successivamente è stato ampliato per ospitare lanci spaziali. Una cittadina di supporto fu costruita attorno alle strutture del centro, e fornita di appartamenti, scuole e il necessario per gli operai del centro. Raggiunse lo status di città nel 1966 e venne chiamata Leninsk, ma nel 1995 è stata ribattezzata Bajkonur.

Sono molti i voli entrati nella storia partiti da qui: il primo lancio riuscito di un satellite artificiale il 4 ottobre 1957 (Sputnik 1), il primo lancio verso lo spazio con a bordo un uomo (Jurij Gagarin nel 1961), e con a bordo una donna (Valentina Tereškova nel 1963).

Nel 1960, durante il collaudo del razzo R-16, avvenne una potente esplosione che causò 78 vittime. Il fatto, tenuto nascosto sino al 1989, è noto come catastrofe di Nedelin.

Il 15 novembre 1988 avvenne il primo ed unico lancio del Buran 1.01, compiendo in 206 minuti due orbite totalmente automatizzato e senza equipaggio, prima di rientrare al Cosmodromo.

Il nome è stato dato per fuorviare i paesi occidentali sul reale luogo del cosmodromo, suggerendo che si trovasse vicino a Bajkonur, una città mineraria a circa 100 km a nordest della base spaziale.[2]

Il programma continuò anche dopo la dissoluzione dell'Unione Sovietica nel 1991, sotto la direzione della Comunità degli Stati Indipendenti. Nel marzo del 1996 la Russia accettò di pagare 115 milioni di $ all'anno al Kazakistan per l'utilizzo del centro (il contratto ha durata di vent'anni con la possibilità di prolungamento per altri 10). Nel 2004 la Russia è riuscita, dopo lunghe contrattazioni, ad allungare la durata del contratto fino al 2050 allo stesso prezzo.[3]

Durante questa lunga disputa tra Russia e Kazakistan per il pagamento dell'affitto, nel 2010, la Russia ha incominciato la costruzione di un altro cosmodromo: il cosmodromo Vostočnyj nell'Oblast' dell'Amur (Russia orientale), al fine di sostituire quello di Bajkonur.

Il 28 dicembre 2005 dalla base è avvenuto il lancio del primo satellite del programma di prova del sistema europeo di posizionamento Galileo.