Гагаринский район расположился в Юго-Западном административном округе города Москвы. Вся территория района Гагаринский является единым массивом, который включает три главные улицы – проспект Вернадского, Ленинский проспект и Профсоюзную улицу и три магистрали – Ломоносовский проспект, Университетский проспект и улица Дмитрия Ульянова. Еще в 1935 году Генпланом Москвы было определено, что юго-западный сектор является наилучшим направлением для развития города.
Ранее на месте Гагаринского района было несколько селений, одним из древнейших считается Андреевская слобода, находящаяся рядом с Андреевским монастырем.
Не установлена точная дата воздвижения Андреевского монастыря, первые упоминания о нем встречаются с середины XVI века. В годы советской власти монастырь был отдан под различные учреждения, однако, в 1990-е годы храм снова стал действующим. В настоящее время в Андреевском монастыре располагаются Синодальная библиотека и Синодальный информационный отдел Русской православной церкви. Андреевский монастырь располагается на Андреевской набережной, которая заняла 338 метров вдоль Москвы реки. В начале XX века в Андреевской слободе насчитывалось несколько улиц с небольшими жилыми домами, на этом месте сейчас возвышается здание Президиума Российской Академии Наук.
Усадьба Васильевское, которая также известна как Мамонова дача, располагалась рядом с Андреевской слободой. В 1635 году Борис Михайлович Салтыков, родственник первого царя династии Романовых, приобрел усадьбу и стал первым владельцем. Династия Салтыковых проживала в усадьбе продолжительное время, среди владельцев также был Петр Михайлович Салтыков один из известнейших бояр периода царствования Алексея Михайловича, а также его сын - Алексей Петрович Салтыков, которого в 1713 году Петр I назначил московским губернатором.
В 1709 году усадьба перешла подполковнику Преображенского полка, князю Василию Владимировичу Долгорукову. Главное преображение усадьбы пришлось на время, когда ее владельцем был князь Василий Михайлович Долгоруков. После смерти князя имение перешло к его сыну, а сын продал усадьбу князю Николаю Борисовичу Юсупову, который в последние годы своей жизни очень мало времени уделял поддержанию имения в надлежащем виде. После смерти Николая Борисовича Юсупова усадьба стала сдаваться, в результате чего ее выкупил Граф Матвей Дмитриев-Мамонов. В настоящее время в здании усадьбы функционирует Институт химической физики и Институт физических проблем РАН, которому 3 февраля 2009 года был присвоен статус объекта культурного наследия федерального значения.
Имена многих ученых увековечены в названиях улиц Гагаринского района, улица Губкина названа в честь академика, вице президента АН СССР в 1936-1939 годах И.М.Губкина; улицы академиков Зелинского, Несмеянова, Бардина, Ляпунова; проспект Вернадского - в честь руководителя в 1927-1945 годах Института геохимии и аналитической химии В.И.Вернадского
Здания научных и образовательных учреждений размещены по всему Ленинскому проспекту: легендарное здание Президиума РАН, Физический институт РАН, институт металлургии, институт органической химии и Университет нефти и газа им. И.М. Губкин.
В центре площади Гагарина установлен памятник Ю.А. Гагарину (скульптор П.Бондаренко, архитектор А.Белопольский, Ф.Гажевский и конструктор А.Судаков).
На проспекте Вернадского расположились: первый в мире Детский музыкальный театр (архитектор А. Великанов, В.Красильников, В.Орлов, главный консультант проекта Н.Сац) и легендарный Государственный цирк на проспекте Вернадского (под руководством архитектора Я.Белопольского).
