Постановлением Совета труда и обороны СССР от 31 октября 1933 года № 104 был организован РНИИ — реактивный научно-исследовательский институт (ныне ГНЦ ФГУП Центр Келдыша).
РНИИ был создан на базе Ленинградской газодинамической лаборатории (ГДЛ) и Московской группы по изучению реактивного движения (ГИРД). Возглавил институт начальник ГДЛ военный инженер 1-го ранга Иван Терентьевич Клейменов, а его заместителем был назначен начальник ГИРДа Сергей Павлович Королев.
В короткий срок РНИИ стал научно-исследовательской и опытно-конструкторской организацией, в которой органически сочетались проектирование, изготовление и испытание ракет и ракетных снарядов, летательных аппаратов и двигателей для них с научными исследованиями, обеспечившими создание этих объектов ракетной техники.

Главная задача довоенного и военного периодов истории института – создание ракетного вооружения нашей армии. В период 1933-1940 годов в институте были завершены разработки и переданы на вооружение осколочно-фугасные реактивные снаряды, предназначенные для стрельбы по воздушным, морским и наземным целям. Особенно эффективным оказалось применение пороховых реактивных снарядов для стрельбы по площадям с наземных многозарядных высокоманевренных пусковых установок. Такая установка БМ-13 была принята на вооружение и стала легендарной артиллерийской системой залпового огня – “Катюшей”, сыгравшей большую роль в Великую Отечественную войну. В 1942 году указом Президиума Верховного Совета СССР за успешную разработку нового оружия коллектив института был награжден орденом Красной Звезды, разработчикам оружия была присуждена Сталинская премия, а руководителю разработки А. Г. Костикову – звание Героя Социалистического труда.

Коллектив института сыграл основополагающую роль в создании фундамента отечественной ракетной техники: в разработке первых поколений ракет, ракетных двигателей и реактивных снарядов, методов их испытаний и отработки, в воспитании специалистов ракетной техники. С момента создания института в нем работали выдающиеся ученые и конструкторы С.П. Королев и В.П. Глушко, Ю.А. Победоносцев, М.К. Тихонравов, И.Т. Клейменов, Г.Э. Лангемак. К.Э. Циолковский был почетным членом технического совета РНИИ.

Деятельность института в военный период отмечена созданием жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) для истребителя – перехватчика, разработкой новых конструкций реактивных снарядов для артиллерии и реактивных торпед для ВМФ, проектированием, изготовлением и отработкой первого в СССР ЖРД с турбонасосной системой подачи компонентов топлива, постройкой и испытаниями первого отечественного турбореактивного двигателя.

Институт стал в ту пору настоящей кузницей кадров высшей квалификации, ракетным университетом, в стенах которого выросли сотни талантливых специалистов, составивших в последующие годы основу и славу отечественной ракетно-космической науки и техники. Это: С.П. Королев, В.П. Глушко, А.М. Люлька, М.М. Бондарюк, А.М. Исаев, Л.С. Душкин, Н.А. Пилюгин, Б.В. Раушенбах, В.П. Мишин, Г.И. Петров, В.Я. Лихушин, А.П. Ваничев, В.М. Иевлев, В.С. Авдуевский и многие другие. Более 30 специалистов стали в дальнейшем членами АН СССР.
Институт стал родоначальником ряда ведущих организаций отечественной ракетно-космической техники. Из недр института сформировались:
— в 1944 г. — филиал по разработке ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ) (ныне МИТ) во главе с Ю.П. Победоносцевым,
— в 1946 г. — ОКБ «Сатурн» во главе с А.М. Люлька,
— ОКБ завода № 293 (ныне ОКБ «Факел») во главе с М.Р. Бисноватым,
— в 1948 г. — КБ Химмаш во главе с А.М. Исаевым,
— в 1950 г. — ОКБ-670 во главе с М.М. Бондарюком,
— в 1952 г. — ОКБ-1 во главе с Л.С. Душкиным,
— в 1954 г. — филиал по разработке астронавигации крылатых ракет (ныне Московский институт электромеханики и автоматики) во главе с Р.Г. Чачикяном,
— в 1958 г. — филиал по разработке ЖРД малой тяги (ныне ФГУП НИИМаш) во главе с М.Г. Мироновым.

В июле 1942 года постановлением Государственного Комитета Обороны РНИИ был преобразован в НИИ реактивной техники с непосредственным подчинением Верховному Главнокомандующему И.В. Сталину. Сотрудники института во главе с начальником генерал-майором П. И. Федоровым вошли первыми на территорию немецкого ракетного полигона “Близна” вместе с нашими наступающими войсками и блестяще выполнили задание Главкома и руководства страны по оценке германских разработок в области ракетной техники. Они тщательно изучили образцы немецкой техники и уцелевшую документацию и выдвинули конкретные предложения, направленные на развитие работ в нашей стране.

После выхода известного Постановления СМ СССР от 13.05.1946, положившего начало широкому развертыванию работ по ракетной технике, головным Министерством по разработке и производству реактивных аппаратов с ЖРД определяется Министерство вооружения. Для НИИ-1, находившегося в это время в МАПе, наступает новый этап деятельности.

Новым начальником института назначается 35-летний академик М. В. Келдыш.
Келдыш стремительно вошёл в курс дел и уже через 2 недели после назначения формулирует важнейшие стратегические задачи Института:
— исследование рабочего процесса и создание нового поколения высокоэффективных, с большей удельной тягой ЖРД;
— термогазодинамика высоких скоростей;
— крылатые ракеты.
Вокруг Келдыша формируется коллектив выдающихся учёных, таких как Г. И. Петров, Л. И. Седов, Г. Н. Абрамович, А. П. Ваничев, Е. С. Щетинков и др. Под их руководством были проведены фундаментальные и прикладные научные исследования в области термодинамики, аэрогазодинамики, теории горения, теплообмена. Закладываются основы методов проектирования, испытаний и отработки ЖРД и СПВРД, проводятся исследования, позволившие решить проблемы тепловых режимов и тепловой защиты летательных аппаратов.
В 1954 году выходят два исторических постановления правительства СССР по разработке в КБ С. П. Королёва межконтинентальной баллистической ракеты Р-7, а в конструкторских бюро С. А. Лавочкина и В. М. Мясищева межконтинентальных крылатых ракет “Буря” и “Буран”.

Коллектив института успешно выполнил государственное задание и внёс свой вклад в создание первой в мире межконтинентальной ракеты Р-7 и мощной ракеты-носителя на её основе, модификации которой эксплуатируются и в настоящее время.
Постановлением правительства на НИИ-1 и персонально на М. В. Келдыша возлагалась координация всех научных исследований при создании крылатых ракет. Для выполнения работ по крылатым ракетам был создан ряд новых подразделений и развёрнуто строительство уникальной стендовой базы. Успешные летно-конструкторские испытания крылатой ракеты «Буря», проведенные в 1957-1959 годах, подтвердили выполнение заложеных в ТЗ данных как отдельных систем, так и ракетного комплекса в целом.

Работы по динамике крылатых ракет позволили перейти к решению новых проблем управления космическими аппаратами. В НИИ-1 под руководством Б. В. Раушенбаха была разработана и создана система ориентации для автоматической станции “Луна-3”, сфотографировавшей 7 октября 1959 года обратную сторону Луны, а также система ориентации искусственных спутников Земли. Настоящим триумфом можно назвать работы института по обоснованию схемы ЖРД с дожиганием генераторного газа (замкнутая схема). В лаборатории А. П. Ваничева ещё в 1959 году были проведены комплексные испытания таких ЖРД, подтвердившие работоспособность двигателя, возможность достижения высокого давления в камере сгорания и, в результате, существенного повышения удельного импульса тяги. Эти исследования положили начало широкому развитию работ по созданию ЖРД замкнутых схем во всех отечественных двигательных КБ. В настоящее время общепризнаны преимущества двигателей такой схемы. И лучшей иллюстрацией этого является использование США на ракете “Атлас” двигателей РД-180 НПО “Энергомаш”, выполненных по этой схеме.

Переход к замкнутым схемам ЖРД выдвинул в последующие годы ряд новых проблем, связанных с организацией смесеобразования и обеспечением устойчивости систем регулирования, которые в процессе совместных работ с КБ были успешно решены. Работы по динамике ЖРД и продольной устойчивости ракет позволили решить такие сложные задачи, как запуск ЖРД под водой, запуск в условиях минометного старта, устойчивость системы «двигатель – ракета».

В период 1965-1991 годов основные работы по ракетным и ракетно-космическим комплексам оборонного, народнохозяйственного и научного назначения в нашей стране были сосредоточены в специализированном Министерстве общего машиностроения, что в значительной мере, способствовало обеспечению качественно нового уровня разработок ракетного оружия и ракетно-космических комплексов различного назначения. В этот период институт становится головной научно-исследовательской организацией по проблемам ракетного двигателестроения и получает новое наименование – НИИ тепловых процессов (НИИТП). Институту поручается выполнение ответственных НИР и НИОКР, направленных на создание высокосовершенных ЖРД, РДТТ и воздушно-ракетных двигателей (ВРД), освоение новых топлив, создание высокоэффективных бортовых энергетических установок, ядерных энергодвигательных комплексов и ряда специальных систем.

Возобновленные во второй половине 60-х годов исследования по РДТТ обеспечили разработку оптимальных проектных решений по крупногабаритным двигателям маршевых ступеней, выбору рецептур твердых топлив, теплозащитных и эрозионностойких материалов. Были разработаны и внедрены в практику КБ методики профилирования сопел с большими степенями расширения, методики расчета теплообмена и теплозащиты РДТТ и др. В последнее время предложены новые схемы РДТТ высокой эффективности (с составными зарядами) для обеспечения существенного повышения удельного импульса тяги.

В 1975 году за заслуги в развитии ракетно-технической техники Центр Келдыша был награжден орденом Трудового Красного Знамени.
В 1975 году создана аппаратура и с помощью спускаемых аппаратов «Венера-9» и «Венера-10» впервые проведены прямые измерения спектрального состава излучения и скорости ветра в атмосфере и на поверхности Венеры.
С 1977 по 1988 год осуществлялось научное сопровождение и участие в разработке мощных ЖРД и ряда систем для ракетно-космической системы «Энергия — Буран».
В 1978 году в институте были возобновлены работы по прямоточному воздушно-реактивному двигателю (ПВРД) для крылатых ракет. Было создано специализированное КБ с экспериментальной и стендовой базой под руководством главного конструктора И. Б. Леванова. Этим КБ разработан проект сверхзвукового ПВРД (СПВРД), а к 1991 году завершена отработка специального двигателя оригинальной схемы для крылатой ракеты “Яхонт”, которая в настоящее время находится в эксплуатации.
С 1984 года ведутся работы по созданию и совершенствованию нового поколения экологически чистых ракетных двигателей: ЖРД на топливе жидкий кислород + сжиженный метан и трехкомпонентного ЖРД на топливе кислород + водород + углеводородное горючее.
С 1985 по 1988 год получены уникальные результаты по физике верхней атмосферы Земли с помощью плазменных установок «Минор», доставленных в верхние слои атмосферы метеоракетами МР-12 и МР-20.
С 1986 по 1991 год завершена разработка и внедрение нового типа прямоточного воздушно-реактивного двигателя на крылатых ракетах.

В 1993 году созданы высокоэффективные выпарные рекомпрессионные установки для очистки солесодержащих сточных вод и получения питьевой и дистиллированной воды из соленой.
С 1993 по 1999 год разработаны и продолжают совершенствоваться высокоэффективные конструкции нового поколения стационарных плазменных двигателей.
В 1994 году создан озонобезопасный хладагент С1 (полный заменитель фреона R12), удостоенный диплома и медали на Всемирной выставке в Брюсселе.
В 1995 году созданы высокоэффективные установки микро- и ультрафильтрации для очистки жидкостей от взвешенных частиц и регенерации индустриальных масел и смазочно-охлаждающих жидкостей.
В 1996 году разработаны два типоразмера ксеноновых ионных двигателей.
С 1996 года развернуты работы по созданию высокоэффективных ракетных двигателей для малых космических аппаратов.
В 1997 году разработан высокоэффективный метод очистки нефтяных скважин от запарафинивания.
С 1998 по 1999 год создан и испытан стендовый многоразовый кислородно-метановый двигатель нового поколения.
С 1998 по 2000 год разрабатывается солнечная тепловая энергодвигательная установка для транспортно-энергетических модулей.

С 2001 по 2002 год проведен обобщающий комплекс работ по совершенствованию энергосистем МКС, направленных на обеспечение теплового режима и пожаробезопасности в гермоотсеках МКС, снижение кантаминационных эффектов на внешнюю поверхность МКС со стороны двигательных установок систем ориентации и коррекции орбиты.
На борту КА «Экспресс-А №4» начаты летные испытания холловского двигателя КМ-5.
Введена в строй первая очередь уникального криогенного стенда для отработки ЭРД.

В 2003 году произведен ввод в строй в городе Актау (Республика Казахстан) первой очереди станции опреснения морской воды производительностью до 20000м3 в сутки.

В 2004 году введен в строй завод по опреснению морской воды в г. Актау (Казахстан). Разработаны и внедрены эффективные мероприятия по устранению пролизов и прогаров камер сгорания двигателей 14Д23, РД0124А при работе с высокоэффективной смесительной головкой в течение гарантийного ресурса (три летных сверх КТИ).

В 2005 году разработан электродуговой плазмотрон на переменном промышленном токе полезной мощностью 1000 кВт и ресурсом до 500 часов. Разработан и прошел экспериментальную проверку образец двигательной установки космического транспортного модуля, использующего солнечную энергию дополнительно к химической энергии топлива, что позволяет увеличить удельный импульс ДУ до 700…750 с.

В 2006 году при финансовом обеспечении Национальной инновационной компании «Новые энергетические проекты» создан мобильный высокоэффективный базовый модуль энергоустановки для получения электроэнергии на основе топливных элементов с мощностью 1,5 кВт. Создана малогабаритная высокопроизводительная установка для получения водорода из природного газа с применением промежуточного генератора синтезгаза.
По заказу НПО ПМ им. академика М.Ф. Решетнёва для перспективной спутниковой платформы «Экспресс-1000» завершен комплекс НИОКР по созданию плазменного двигателя КМ-60.

В 2007 году разработаны методы численного моделирования и созданы предметно-ориентированные программные комплексы для моделирования и прогнозирования рабочих процессов и функциональных параметров ракетных двигателей различных типов.
В кооперации с РКК , ИКИ, ИМБП и НИКИЭТ разработана концепция международного проекта пилотируемой экспедиции на Марс.
Продолжается успешная эксплуатация холловского двигателя КМ-5 на борту геостационарного спутника связи, выведенного на орбиту в июне 2002 года. По состоянию на май 2008 г огневая наработка на двигатель составила 1550 часов при 900 включениях.

В 2008 году Изготовлен технологический образец бортового фурье-спектрометра для термического и влажностного зондирования атмосферы, предназначенный для установки на КА «Метеор-М» № 2.
Разработан эскизный проект пилотной установки для получения жидких синтетических углеводородов из угля производительностью до 5 тонн угля в час.
Выполнена разработка и изготовлен пилотный модуль промышленной установки для обработки тяжелых нефтепродуктов искровым электрическим разрядом производительностью до 35 т/час.
В рамках работы Комиссии по анализу причин перехода спускаемого аппарата пилотируемого транспортного корабля в режим баллистического спуска проведено исследование влияния электрофизических факторов на работоспособность пиросредств корабля в составе МКС и даны рекомендации для спуска корабля.

В 2009 году в ходе совместных работ с КБХА, завершен начальный этап испытаний лазерной системы зажигания перспективного кислородно-водородного двигателя РД0146.
Продемонстрировано надежное воспламенение запального устройства с использованием малогабаритного лазера во всем диапазоне требуемых параметров, включая криогенные температуры и условия вакуума.
Разработан эскизный проект (2-я и 3-я редакции) пилотной установки получения жидких синтетических углеводородов (ЖСУ) из бурого угля производительностью до 6500 тонн продукта в год.
Подготовлены материалы по проекту для Комиссии при Президенте Российской Федерации по модернизации и технологическому развитию экономики России. Проект одобрен Комиссией и принят к реализации.
Разработан, изготовлен и успешно испытан плазменный катод для холловских и ионных ЭРД с новым эмиттером электронов из Ir-La, имеющий рабочую температуру, близкую к W-Ba эмиттеру, и стойкость к отравлению, близкую к LaB6 эмиттеру. Аналогов такого катода нет ни в России, ни в мире.

В 2010 году совместно с предприятиями Роскосмоса и ГК «Росатом» разработаны технические предложения на ключевые составляющие ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса и транспортно-энергетического модуля на её основе.
Выполнены работы по отработке и внедрению в высокотемпературные элементы конструкции ракетных двигателей и силовые элементы ракетных блоков углерод-углеродных композиционных материалов, обеспечивающие повышение энергомассовых характеристик двигателей и выводимой массы полезного груза РН и РБ.