空间站概念的提出可以追溯到1869年，当时Everett Hale为《大西洋月刊》撰写了一则关于“用砖搭建的月球”的文章。此后，康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和赫尔曼·奥伯特也对空间站进行过构想。1929年Herman Potočnik的着作The Problem of Space Travel（《太空旅行的问题》）出版并风靡了30多年。1951年沃纳·冯·布劳恩在矿工周刊中刊登了他带有环状结构的空间站设计。二战期间德国科学家曾研究过使用太阳能的轨道兵器，即所谓的“太阳炮”。按照构想，它将是运行在高度在5100英里（8200千米）的地球轨道的空间站的一部分。

阿波罗11号飞船在1969年抢先登入月球后，苏联在与美国登月的太空竞赛中落败，因此转向了其他方向（如空间站）来展示他们的航天实力和开发太空资源。礼炮1号于1971年成功发射升空，它是人类历史上首个空间站。但不幸的是3名航天员于1971年乘礼炮1号上的联盟号飞船返回过程中，由于返回舱上平衡阀异常打开造成返回舱失压，导致3名航天员全部死亡。美国紧随其后在1973年发射了天空实验室号空间站，它携带了一系列的望远镜，科学家在上面做了许多关于医药、地质和天文等方面的科学实验。苏联在1986年发射了和平号空间站的核心舱，并在接下来的10年间不断运送新的模组在空间组装，1996年建成了由6个模组组成的和平号空间站，该空间站服役至2001年。期间有包括美国在内的许多国家的航天员拜访过这个世界着名的空间站。1998年11月国际空间站的第一个模组（曙光号功能货舱）发射升空，随后陆续发射的模组对其逐渐进行扩充。它由多个国家分工建造、联合运用，成为国际合作进行太空开发的标誌。自2000年11月至2017年3月，国际空间站上保持至少3名乘员。

中国在2011年9月29日发射了天宫1号目标飞行器。天宫1号将分别与随后发射的神舟8号、神舟9号、神舟10号飞船交会对接，从而使中国掌握了交会对接技术，为开展中国的空间站建设奠定了基础。

单模组空间站的基本组成是以一个载人生活舱为主体，再加上有不同用途的舱段，如工作实验舱、科学仪器舱等。空间站外部必须装有太阳能电池板和对接舱口，以保证站内电能供应和实现与其他太空飞行器的对接。

单模组空间站一般由下列系统组成：

空间站特点是体积比较大、结构複杂，在轨道飞行时间较长，有多种功能，能开展的太空科研项目也多而广。

空间站的特点之一是经济性。例如，所有的空间站都不具有返回地面的功能而是在太空接纳航天员进行实验，可以使载人飞船成为只运送航天员的工具，从而简化了空间站的结构，既能降低其工程设计难度，又可减少航天费用。另外，空间站在运行时可载人，也可不载人，只要航天员启动并调试后它可照常进行工作，定时检查，到时就能取得成果。这样能缩短航天员在太空的时间，减少许多消费，当空间站发生故障时可以在太空中维修、换件，延长太空飞行器的寿命。增加使用期也能减少航天费用。因为空间站能长期（数个月或数年）的飞行，故保证了太空科研工作的连续性和深入性，这对研究的逐步深化和提高科研质量有重要作用。

空间站可分为以下几代：

礼炮系列空间站由前苏联建造，其中礼炮1号是人类的第一个空间站。这个系列的空间站在1971年到1985年间服役，期间一共发射了礼炮1号至礼炮7号共7个空间站。它们的任务是完成天体物理学、航天医学、航天生物学等方面广泛的科研计画，考察地球自然资源和进行长期失重条件下的技术实验。

天空实验室号是美国的空间站，1973年由两级的土星5号运载火箭发射入轨，同年，先后发射了3艘阿波罗号飞船（即阿波罗号飞船）的指挥-服务舱与其交会对接，每次送去3名航天员。

和平号是前苏联设计建造的空间站，为上述礼炮计画的后继项目。它于1986年发射升空，并在接下来的十年间陆续对接了5个模组，一直被运用到2000年。苏联与美国在这里进行过航天项目的合作，许多不同国家的航天员也曾到访过和平号进行工作。它被废弃后于2001年受控在再入大气层中烧毁。

国际空间站是由美国国家航空航天局（NASA）、俄罗斯联邦航天局（RFSA）、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）、加拿大太空局（CSA）和欧洲空间局（ESA）等共同建造的空间站项目。它在1998年开始建造，各功能模组在其后被陆续送入轨道装配，2011年2月国际空间站组装工作全部结束。国际空间站是目前人类拥有过的规模最大的空间站。

天宫1号是中国独立设计建造并发射运用的目标飞行器，它于2011年发射升空。天宫1号与随后发射的神舟8号至10号飞船进行对接，使中国成为掌握交会对接技术的国家。神舟8号已于2011年11月1日发射，并在11月3日和15日两次成功与天宫一号对接。2012年6月18日中午，神舟9号携3名航天员和天宫1号对接成功，航天员成功进入到天宫1号内部。2013年6月13日13时18分，神舟10号携3名航天员再次和天宫1号对接成功，航天员进入到天宫1号内部，共开展为期15天的在轨生活和科研活动。2013年6月20日10时起，中国女航天员王亚平在天宫1号上进行了一次50分钟的太空授课。

神舟号飞船与天宫1号目标飞行器即将对接示意图

天宫2号空间实验室是中国第一个空间实验室，其规模比空间站要小，但可做一些为建造空间站服务的关键技术研究项目，如推进剂在轨加注技术。2016年9月15日天宫2号发射成功，经过变轨进入了等待与神舟11号载人飞船交会对接的轨道。10月19日实现了神舟11号与天宫2号的交会对接任务，航天员进入天宫2号内工作和生活，完成了30天的太空驻留任务。预计2017年4月中下旬将发射天舟1号货运飞船，在天宫2号配合下，完成在轨推进剂加注试验。

中国预计2016年后将推出天空3号空间实验室，届时将在2020年前推出三座模组化的60吨空间站。项目921-2是中华人民共和国计画建造载人空间的工作名称站。公众被要求提交名称和符号建议，以装饰计画中的中国太空站。

美国公司Bigelow Aerospace正在开发一个私人轨道综合体Bigelow商业空间站。 Bigelow建议使用BA 330可扩展太空飞行器模组以及中央对接节点，推进，太阳能阵列和附加的船员舱来构建空间站。计画在2014年初步推出空间站组件，部分站点早在2015年就可以租用。Bigelow于2010年10月开始公开将第一台Bigelow车站的初始配置 - 两个Sundancer模组和一个BA-330模组参考为Space Complex Alpha。[17]第二个轨道站 - 太空複合体布拉沃 - 计画在2016年开始发射。截至2017年6月，阿富汗太空複合体的发射已经从2020年开始在阿纳特V和Falcon 9号运载火箭发射，从卡纳维拉尔角开始。

2008年4月，俄罗斯航天局提出建造太空太远的轨道建设场地（OPSEK），不能直接从地球发射。国际空间站退役后不会开始建设或完成。该计画已由Anatoly Perminov于2009年6月17日向ISS合作伙伴介绍。

轨道技术商业空间站是俄罗斯公司（Orbital Technologies）的一个项目。 CSS旨在适应不同的功能，例如：

实现基于空间的微重力研究。

提供商业人类航天，太空旅游和国家赞助的人类航天计画的目的地。

作为国际空间站及其船员的备用和紧急避风港。

促进产品开发。

促进卫星维修和维护。

为人类太空飞行任务提供了一个分期的前哨基地，超出了低Åarth轨道。

提供独特的遥感平台。

开发和销售车站的业务安排最近由俄罗斯的Orbital Technologies公司澄清，该公司正在与Rocket and Space Technology Corporation Energia（RSC Energia）合作开发车站。

2011年12月，波音公司提出将节点4作为勘探网关平台的核心，在国际空间站上建造，并通过空间拖船重新定位到月球拉格朗日点（EML-1或2）。该平台的目的是在前两次SLS航班之后支持使用可重複使用的月球着陆器的月球着陆任务。它也将绕过需要用于月球任务的L1推进剂仓库。其他硬体将包括气锁，“国际模组”和基于MPLM的栖息地模组。

2012年2月，花花公子与维珍银河联合提出了一个轨道“空间俱乐部”。他们的计画包括餐厅和零重力舞蹈俱乐部。

印度计画升级其ISRO轨道车辆，在计画印度的人类航天计画之后进行会合和对接。

从2015年开始，美国航空航天局正在为“超空间轨道（BEO）空间和转运车辆的下一代空间技术探索伙伴关係（NextSTEP）”开发深空栖息地（DSH）。