Az űrállomások létrehozásának gondolata még azelőttről származik, mielőtt a Szputnyik-1-gyel az emberiség elérte volna a világűrt. A legrészletesebb elképzelésnek Wernher von Braun és Willy Ley csillagász 1955-ös tanulmányát tekinthetjük, amelyben egy abroncs alakú, 100 fős űrállomást képzeltek el.

Az első, gyakorlatban is megvalósított űrállomás egy amerikai katonai program, a MOL (Manned Orbiting Laboratory) keretében jutott fel az űrbe 1966-ban. Az űrállomás programot nem is a NASA, hanem a Pentagon végezte, mivel űrből történő felderítésre szeretett volna fenn állomásoztatni egy állandó kétfős személyzetet. A MOL állomás startja rendben megtörtént, de később sosem használták emberes repülésre.
A Szaljut-6 űrállomás két rákapcsolódó űrhajóval

Az első, emberekkel is kipróbált űrállomás az 1971. április 19-én pályára állt szovjet Szaljut-1 volt. Ezzel kezdetét vette a Szaljut-program, amely Almaz néven szintén tartalmazott katonai alprogramot is. A Szaljut programban összesen 7 állomás repült, amelyek közös jellemzője volt, hogy egy nagyobb testből álltak, és előbb egy, majd két dokkolóegységgel rendelkeztek, amelyre a Szojuz űrhajók – illetve később a belőlük kialakított Progressz teherűrhajók – csatlakozhattak.

1973. május 14-én indult az űrbe az Egyesült Államok Skylab űrállomása. A Skylab hatalmas volt a Szaljutokhoz képest. Összesen három űrhajón 9 űrhajós látogatta meg a program másfél éve alatt, számos orvosi, műszaki és napmegfigyelési kísérletet végezve. Ehhez a programhoz kötődik az egyik leglátványosabb űrbeli javítási művelet is, mivel az űrállomás sérülten állt pályára, és a használatba vétele csak a javítás elvégzése után volt lehetséges.

Az űrállomásépítés a 80-as évek közepén új dimenzióba lépett. 1986-ban kezdték el az első, modulokból álló űrállomás, a Mir építését. Teljes kiépítésében 7 modulból épült fel az űrállomás, amely 15 évig működött, és nemzetközi programoknak is helyet adott. 2001. március 22-án tervezett módon a Csendes-óceán déli részén becsapódott a Mir űrállomás, miután finanszírozási problémák miatt lehetetlenné vált további bolygó körüli pályán való tartása.

A Mir repülésével párhuzamosan vetődött fel egy nagyobb, nemzetközi kooperációban épített és üzemeltetett űrállomás gondolata a 80-as, 90-es évek fordulóján. Tizenhat nemzet összefogása nyomán indult el a Nemzetközi Űrállomás, az ISS programja 1998. november 20-án az első modul felküldésével. A modulrendszerűen felépülő állomás teljes kiépítése nagyjából 2010 körülre várható. Ez lesz a valaha létrehozott legnagyobb ember építette űrobjektum. 2000. november 2-án érkezett meg az űrállomásra az első állandó személyzet, és azóta is folyamatosan laknak a fedélzetén.