После перенесённой в детстве скарлатины почти полностью потерял слух, что лишило его возможности поступить в учебное заведение. Образование получил самостоятельно, в 1879 году экстерном сдал экзамены на звание учителя. Преподавал физику и математику в Боровском уездном училище Калужской губернии, а затем в гимназии и епархиальном училище в Калуге, где проработал до выхода на пенсию в 1920 году.

Всё свободное время Циолковский отдавал науке. С 1885 года он занимался вопросами воздухоплавания и через два года своими руками сделал первую в России аэродинамическую трубу, опубликовав её описание и результаты своих опытов; получил от Академии наук 470 руб. - первую и единственную материальную поддержку. В 1903 году увидела свет его статья «Исследование мировых пространств реактивными приборами», в котором была изложена теория полёта ракеты и обоснована возможность применения реактивных аппаратов для межпланетных сообщений.

При Советской власти условия жизни и работы Циолковского радикально изменились. Ему была назначена персональная пенсия и обеспечена возможность плодотворной деятельности. В 1926-1929 годах он разработал теорию многоступенчатого ракетостроения, решил важные задачи, связанные с движением ракет в неоднородном поле тяготения, посадкой космического аппарата на поверхность планет, лишённых атмосферы, рассмотрел влияние атмосферы на полёт ракеты, выдвинул идеи о создании ракеты — искусственного спутника Земли и околоземных орбитальных станций. В 1932 году Циолковский обосновал теорию полёта реактивных самолётов в стратосфере.

За «особые заслуги в области изобретений, имеющих огромное значение для экономической мощи и обороны Союза ССР», Циолковский в 1932 году был награждён орденом Трудового Красного Знамени.

За шесть дней до своей смерти, 13 сентября 1935 года, Константин Эдуардович Циолковский писал в письме к И. В. Сталину:

До революции моя мечта не могла осуществиться. Лишь Октябрь принёс признание трудам самоучки: лишь Советская власть и партия Ленина — Сталина оказали мне действенную помощь. Я почувствовал любовь народных масс, и это давало мне силы продолжать работу, уже будучи больным… Все свои труды по авиации, ракетоплаванию и межпланетным сообщениям передаю партии большевиков и Советской власти — подлинным руководителям прогресса человеческой культуры. Уверен, что они успешно закончат мои труды.

Умер Циолковский 19 сентября 1935 года.