Рассматривали Марийскую АССР, Дагестан, Астраханскую и Кзыл-Ординскую область Казахской ССР (ныне Кызылординская область Республики Казахстан). Но только последний из вариантов допускал удобное расположение наземных пунктов радиоуправления ракетой. На строительстве там настаивал и конструктор космических ракет Сергей Королев. Он считал, что чем ближе стартовая площадка к экватору, тем удобнее будет использовать скорость вращения Земли. Поэтому для строительства 5‐го Научно-исследовательского и испытательного полигона (НИИП) Минобороны СССР, будущего космодрома Байконур была выбрана солнечная пустыня Казахстана. Первые группы строителей прибыли на место работ в январе 1955 г.
В первой половине 1955‐го район формирования полигона имел условное наименование «Тайга». Тогда еще в русском языке не было слова «космодром». Строительство велось с нуля, в голой степи, единственным существовавшим на тот момент элементом инфраструктуры была железная дорога. К началу летных испытаний Р-7 в мае 1957 г. были возведены стартовый комплекс, монтажно-испытательный и монтажно-сборочный корпуса, к стартовой площадке были проложены бетонная дорога и железнодорожные подъездные пути.
Одновременно с возведением полигона вблизи железнодорожной станции Тюратам велось строительство жилого поселка для испытателей. Полигон и поселок получили неофициальное название «Заря».
Байконур начал функционировать в 1957 г. Первый запуск, осуществленный 15 мая, потерпел неудачу. МБР Р-7 ушла со стартовой позиции, но из-за взрыва в одном из ее боковых блоков на 98‐й секунде полета произошло аварийное отключение двигателей. Обломки ракеты упали в 400 метрах от старта, но в целом комплекс не пострадал. Успешный запуск Р-7 состоялся спустя три месяца – 21 августа.
4 октября того же года с помощью переоборудованной под космические запуски ракеты Р-7 на околоземную орбиту был выведен первый искусственный спутник Земли. Он находился на орбите 92 дня (до 4 января 1958 г.), совершив 1440 оборотов вокруг Земли (около 60 млн километров). Его радиопередатчики работали в течение двух недель после старта.
12 апреля 1961 г. с космодрома был запущен космический корабль «Восток» с первым космонавтом Юрием Гагариным на борту. В документах и прессе об этом запуске засекреченный военный полигон впервые был назван Байконуром (с казахского – «богатая долина»). На самом деле такое название носил поселок в Карагандинской области, в 325 километрах к северо-востоку от места проведения запуска. Назвать 5‐й НИИП Байконуром было решено для дезориентации иностранных разведок, с этой целью в одноименном поселке были построены муляжи стартовых площадок. Однако впоследствии это название закрепилось за полигоном. Такое же название с 1995 г. носит административный центр космодрома (в 1958–1969 гг. – поселок Ленинск, в 1969‐м получил статус города).