Proxima Centauri est depuis 32 000 ans l'étoile la plus proche du Soleil et elle le sera pendant encore 33 000 ans, après quoi l'étoile la plus proche sera Ross 248. Proxima sera au plus près du Soleil dans environ 26 700 ans et elle en sera alors distante de 3,11 al. Proxima orbite autour du centre galactique à une distance variant entre 8,3 et 9,5 kpc, et avec une excentricité orbitale égale à 0,07.
Proxima Centauri est éloignée de 13 000 UA (approximativement 2 000 milliards de kilomètres) du système Alpha Centauri, c'est-à-dire à environ 1/20e de la distance entre Alpha Centauri et le Soleil. Il est possible qu'elle soit en orbite autour de ce système, avec une période mal déterminée pouvant s'étendre entre 500 000 ans et près de 2 millions d'années. Pour cette raison, Proxima est parfois appelée Alpha Centauri C.
Cet éloignement important de Proxima Centauri du système de la paire centrale fait que cette orbite n'est pas bien déterminée (même après des décennies d'observations), mais cette association est réelle car tous se déplacent d'un mouvement commun (quasi-parallèle) à travers l'espace. Proxima Centauri n'est pas une simple étoile de passage du couple central, contrairement à ce qu'ils sont pour le Soleil.
Proxima Centauri fut découverte en 1915 par l'astronome Robert Innes, alors qu'il était directeur de l'observatoire de Johannesbourg en Afrique du Sud.
À cause de sa proximité, on a souvent présenté Proxima Centauri comme la destination la plus logique pour un premier voyage interstellaire.