Как и большинство японских автопроизводителей, компания Mazda начинала с выпуска микролитражных "кей-каров" и коммерческого транспорта. Для того, чтобы успешно конкурировать на рынке полноценных автомобилей, ей нужно было чем-то выделить свою продукцию из общей массы. В 1961 г. Mazda купила у немецкой фирмы NSU лицензию на беспоршневой двигатель Ванкеля, который на тот момент считался инновационной и перспективной технологией. Для Японии он был полезен ещё и потому, что обеспечивал больше мощности в сравнении с поршневыми двигателями того же объёма, а значит, избавлял покупателей от уплаты высокого налога на объём цилиндров свыше одного литра. В планы руководства Mazda входила замена обычных моторов роторными на всех моделях, но для начала было решено испытать новый силовой агрегат на спортивной машине - Mazda Cosmo Sport. Её прототип дебютировал на Токийском автосалоне 1964 г., почти одновременно с немецким аналогом NSU Wankel Spider, представленным в том же году во Франкфурте. В 1965-1966 гг. было построено ещё 80 предсерийных экземпляров, и только после их тестирования автомобиль поступил в продажу.

И название, и дизайн Mazda Cosmo Sport отражали дух космической гонки, к которой Япония непосредственного отношения не имела. Автомобиль представлял собой двухместное купе классической компоновки. Трёхобъёмный кузов был сделан из стали. В его оформлении присутствовали такие элементы, как утопленные фары под прозрачными колпаками, покатый капот, зеркала на передних крыльях и разделённые бампером на две половины квадратные задние фонари. Передняя подвеска была независимой, на поперечных А-образных рычагах и пружинах со стабилизатором поперечной устойчивости, задняя - зависимой типа Де Дион, на продольных рычагах и полуэллиптических рессорах. 14-дюймовые колёса оснащались дисковыми тормозами спереди и барабанными сзади. Роторный двигатель объёмом 982 см3 и мощностью 110 л.с. состоял из двух секций и был оборудован одним 4-камерным карбюратором Hitachi, а также двумя свечами зажигания и двумя распределителями на каждую камеру сгорания. Единственной доступной коробкой передач была 4-ступенчатая механическая.

В Японии Mazda Cosmo Sport стоила 1,48 млн иен, что было эквивалентно $4100. Все машины собирались вручную на заводе в Хиросиме, в количестве не более одной единицы в день. В 1968 г. появилась вторая серия, которая отличалась удлинённой на 15" колёсной базой, 15-дюймовыми колёсами, увеличенной до 128 л.с. мощностью и 5-ступенчатой коробкой передач. В такой комплектации автомобиль разгонялся до 193 км/ч и проходил четверть мили за 15.8 с. В 1968 г. для демонстрации его надёжности компания выставила два экипажа в изнурительной 84-часовой гонке Marathon de la Route на треке в Нюрбургринге, где одна Mazda Cosmo Sport заняла 4-е место в общем зачёте, а вторая сошла с дистанции на 82-м часу. Всего с 1967 по 1972 гг. было произведено 1519 единиц Mazda Cosmo Sport и её экспортной модификации Mazda 110S, из них 343 единицы первой серии и 1176 единиц - второй.