Una estación espacial es una instalación orbital capaz de alojar a varios tripulantes de forma continuada o indefinida, a diferencia de los vuelos espaciales en los que la misión suele tener una duración de tan sólo unos pocos días. Por esta razón, a diferencia de las minúsculas cápsulas espaciales tiene que cumplir las condiciones necesarias para alojar a sus ocupantes durante períodos largos de tiempo protegiéndoles de las inhóspitas condiciones ambientales del espacio, incluyendo alimentos, agua, oxígeno y un espacio vital lo suficientemente amplio. Otro problema importante es el de la salud de los astronautas, siendo los principales peligros la radiación cósmica y la ausencia de gravedad, esta última responsable de severas secuelas físicas si no es mantenida bajo control.

Aunque ya a finales del siglo XIX se barajó la posibilidad de un satélite artificial habitado, probablemente el primero que ideó el concepto de estación espacial tal como lo conocemos, o cuanto menos quien lo divulgó, fue Werner von Braun, que pensó en un diseño toroidal -es decir, en forma de rueda- provisto de un movimiento de rotación capaz de suministrar una fuerza centrífuga sustituta de la inexistente gravedad. Este diseño sería muy imitado en numerosas obras de ciencia ficción, siendo quizá la más conocida de ellas la estación espacial que aparece en la novela de Arthur C. Clarke 2001. Una odisea del espacio, así como en la película homónima.

Sin embargo, la realidad resultó ser mucho más compleja. La limitación de poner grandes masas en una órbita lo suficientemente alta como para ser estables -los objetos situados en órbita baja acaban cayendo a la Tierra a causa del rozamiento con las capas altas de la atmósfera-, así como la dificultad de ensamblarlos en el espacio hizo que la famosa estación espacial de von Braun siga siendo hoy por hoy una utopía. Esto no quiere decir que la estación espacial no sea ya una realidad; lo que ocurre es que las estaciones espaciales reales han resultado ser, hasta el presente, mucho más modestas y de prestaciones muy limitadas en comparación con las divagaciones de la ciencia ficción. Y desde luego no tienen nada de toroidales, ya que sus poco estéticas formas parecen más bien el resultado de armar un extraño mecano.

Las primeras estaciones espaciales de la historia fueron las soviéticas Salyut, un total de ocho vehículos de las cuales una de ellas, la segunda, falló durante el lanzamiento. En realidad eran poco más que unas cápsulas de mayor tamaño que las Soyuz, y orbitaron la Tierra entre 1971 y 1991, aunque la última de ellas, la Salyut 7, fue abandonada definitivamente en 1986. No obstante su precariedad, en ellas se batieron varias marcas de permanencia en el espacio, siendo visitadas por numerosas tripulaciones no solo soviéticas, sino también por cosmonautas procedentes de otros países. Camuflado dentro del programa Salyut los soviéticos desarrollaron otro programa secreto de carácter militar denominado Almaz, cancelado tras el derrumbamiento de la URSS en 1991.

La respuesta norteamericana a la Salyut fue el Skylab, lanzado en 1973 y operativo hasta febrero de 1974, aunque ya inactivo se mantuvo en órbita hasta julio de 1979, fecha en la que cayó a la atmósfera. A diferencia de las Salyut tan sólo hubo un Skylab visitado por un total de tres misiones, todas ellas mucho más cortas que las de los soviéticos. En contrapartida la estación espacial norteamericana, construida aprovechando la carcasa de la tercera fase de un cohete Saturno V, era cuatro veces mayor que las claustrofóbicas estaciones rusas.

Sin embargo, no fue el Skylab el primer proyecto de estación espacial norteamericano, ya que en los años 60 tuvieron lugar los ensayos del proyecto secreto, finalmente cancelado, de una estación militar que fue denominada como MOL, iniciales de Manned Orbital Laboratory, o Laboratorio orbital tripulado.

Concluido el programa Salyut, los soviéticos dieron un importante paso adelante con la estación Mir, en órbita entre 1986 y 2001. Construida por vez primera ensamblando varios módulos, lo que permitía un espacio habitable mayor, en ella se batieron todas las marcas de permanencia en el espacio, aunque no sin problemas debido a fallos en diferentes sistemas de la estación, desde los ordenadores hasta el prosaico retrete.

Por último, el proyecto de la Estación Espacial Internacional forzó la jubilación de la histórica estación rusa. Concebida también según un sistema de ensamblaje modular, aunque mucho más complejo, la estación experimentó varios retrasos y diferentes replanteamientos de su diseño, hasta que fue lanzado el primer módulo de la misma, el ruso Zarya, en noviembre de 1998. A partir de entonces el ensamblaje siguió adelante, aunque en ocasiones con diferentes retrasos debidos a diversas causas, desde las cancelaciones de los vuelos de los transbordadores espaciales tras el accidente del Columbia, hasta los problemas financieros rusos, de modo que aún hoy todavía no está terminada.