Объект был открыт 7 ноября 1948 года и стал пятым на территории СССР. Инициатива создания планетария принадлежала двум преподавателям Ярославского государственного педагогического института - профессору В. В. Радзиевскому и доценту В. К. Мичурину и была поддержана областными властями. Под планетарий было выделено здание бывшей церкви Покрова Богородицы Казанского женского монастыря в центре города на ул. Трефолева, 20. Ярославский планетарий был подчинен Управлению культуры облисполкома.
К тысячелетию Ярославля было принято решение о строительстве нового, оснащенного по последнему слову техники, здания планетария на ул. Б. Октябрьская. В ноябре 2010 года планетарий прекратил свою деятельность как структурное подразделение МОУ «Провинциальный колледж», став основной составляющей, созданного к тысячелетию Культурно-просветительского центра имени Валентины Терешковой, расположившегося в новом, специально построенном здании на ул. Б. Октябрьская. «Провинциальный колледж» также переехал в здание бывшей школы № 64 на ул. Б. Октябрьская, а бывшее здание планетария на ул. Трефолева, 20 было возвращено Казанскому женскому монастырю.
