Присоединение деревень Титенки и Верхний Брилёв 30 апреля 1948 г. к черте города стало предпосылкой формирования нынешнего проспекта Космонавтов. Вдоль дороги на севере Гомеля находилась деревня Титенки. Её название объясняется фамилией Титенок, видимо, преобладавшей среди жителей. Практически сразу после присоединения Гомеля к Российской империи деревня стала принадлежать фельдмаршалу П. А. Румянцеву. По данным одного из справочников, в начале 20-го века в Титенках имелось 108 домов, где проживало 642 человека. Деревня располагалась в центре современного проспекта и на месте прилегающих улиц. Название деревни произошло от фамилии Титенок, встречающейся и ныне в Гомеле. Название сохранилось (Титенский тупик, Железнодорожный район).
Неподалёку от деревни размещались военные тренировочные площадки и фольварк Новиковский. Название последнему дало урочище Новики, которое означало освоенную для земледелия землю. По левой стороне нынешнего проспекта Космонавтов находились деревни Нижний и Верхний Брилёв (улицы Мичурина, Садовая, Мира, Гастелло, Брилевская), жители которых славились садоводством. Затем те земли перешли в собственность князей Паскевичей, которым там принадлежало 449 десятин земли. После Октябрьской революции появилась небольшая деревушка Новиковская Роща (возле неё рос сосновый лес, в ноябре 1934-го года включена в черту Гомеля). Во 2-й половине 19 в. владельцем деревни был гомельский землевладелец Винцент Крушевский.
В 1928-ом году был основан завод «Гомсельмаш», который послужил значительному ускорению развития новой улицы. Её масштабное формирование происходило в 1930-е годы, но прервалось войной. Завод эвакуировали в украинский город Курган, вернув в 1944-ом. Деревню присоединили к Гомелю 30 апреля 1948-го года. Улицу назвали, естественно, Титенской. Однако в 1965-ом году она получила название проспект Космонавтов. Нынешний вид проспекта формировался со второй половины 60-х годов 20-го века.
На проспекте Космонавтов находятся различные учреждения: заводы, магазины, школы, администрации. Дорога является одной из ключевых в районе и по гомельским меркам широкая, оживлённая.
