1969年4月，美國宇航局提出建造一種可重復(fù)使用的航天運載工具的計劃。1972年1月，美國正式把研制航天飛機空間運輸系統(tǒng)列入計劃，確定了航天飛機的設(shè)計方案，即由可回收重復(fù)使用的固體火箭助推器，不回收的兩個外掛燃料貯箱和可多次使用的軌道器三個部分組成。經(jīng)過5年時間，1977年2月研制出一架創(chuàng)業(yè)號航天飛機軌道器，由波音747飛機馱著進(jìn)行了機載試驗。1977年6月18日，首次載人用飛機背上天空試飛，參加試飛的是宇航員海斯（c·f·haise）和富勒頓（g·fullerton）兩人。8月12日，載人在飛機上飛行試驗圓滿完成。又經(jīng)過4年，第一架載人航天飛機終于出現(xiàn)在太空舞臺，這是航天技術(shù)發(fā)展史上的又一個里程碑。
　　航天飛機是一種垂直起飛、水平降落的載人航天器，它以火箭發(fā)動機為動力發(fā)射到太空，能在軌道上運行，且可以往返于地球表面和近地軌道之間，可部分重復(fù)使用的航天器。它的軌道器、固體燃料助推火箭和外儲箱三大部分組成。固體燃料助推火箭共兩枚，發(fā)射時它們與軌道器的三臺主發(fā)動機同時點火，當(dāng)航天飛機上升到50千米高空時，兩枚助推火箭停止工作并與軌道器分離，回收后經(jīng)過修理可重復(fù)使用20次。外儲箱是個巨大殼體、內(nèi)裝供軌道器主發(fā)動機用的推進(jìn)劑，在航天飛機進(jìn)入地球軌道之前主發(fā)動機熄火，外儲箱與軌道器分離，進(jìn)入大氣層燒毀，外儲箱是航天飛機組件中唯一不能回收的部分。航天飛機的軌道器是載人的部分，有寬大的機艙，并根據(jù)航天任務(wù)的需要分成若干個“房間”。有一個大的貨艙，可容納大型設(shè)備。軌道器中可乘載3名職業(yè)航天員（如指令長或機長、駕駛員、任務(wù)專家等）和4名其他乘員（非職業(yè)航天員）。其艙內(nèi)大氣為氮氧混合氣體。航天飛機在太空軌道完成飛行任務(wù)后，軌道器下降返航，像一架滑翔機那樣在預(yù)定跑道上水平著陸。軌道器可重復(fù)使用100次。
　　航天飛機是一種為穿越大氣層和太空的界線（高度100公里的卡門線）而設(shè)計的火箭動力飛機。它是一種有翼、可重復(fù)使用的航天器，由輔助的運載火箭發(fā)射脫離大氣層，作為往返于地球與外層空間的交通工具，航天飛機結(jié)合了飛機與航天器的性質(zhì)，像有翅膀的太空船，外形像飛機。航天飛機的翼在回到地球時提供空氣煞車作用，以及在降跑道時提供升力。航天飛機升入太空時跟其他單次使用的載具一樣，是用火箭動力垂直升入。因為機翼的關(guān)系，航天飛機的酬載比例較低。設(shè)計者希望以重復(fù)使用性來彌補這個缺點。
　　雖然世界上有許多國家都陸續(xù)進(jìn)行過航天飛機的開發(fā)，但只有美國與前蘇聯(lián)實際成功發(fā)射并回收過這種交通工具。但由于蘇聯(lián)瓦解，相關(guān)的設(shè)備由哈薩克接收后，受限于沒有足夠經(jīng)費維持運作使得整個太空計劃停擺，因此目前全世界僅有美國的航天飛機機隊可以實際使用并執(zhí)行任務(wù)。
　　1981年4月12日，在卡納維拉爾角肯尼迪航天中心聚集著上百萬人，參觀第一架航天飛機哥倫比亞號航天飛機發(fā)射。宇航員翰·楊（john w·young）和克里平（robert l·crippen）揭開了航天史上新的一頁。
　　這架航天飛機總長約56米，翼展約24米，起飛重量約2040噸，起飛總推力達(dá)2800噸，最大有效載荷29.5噸。它的核心部分軌道器長37.2米，大體上與一架dc—9客機的大小相仿。每次飛行最多可載8名宇航員，飛行時間7至30天，軌道器可重復(fù)使用100次。航天飛機集火箭，衛(wèi)星和飛機的技術(shù)特點于一身，能像火箭那樣垂直發(fā)射進(jìn)入空間軌道，又能像衛(wèi)星那樣在太空軌道飛行，還能像飛機那樣再入大氣層滑翔著陸，是一種新型的多功能航天飛行器。

　　從1981年至1993年底，美國一共有5架航天飛機進(jìn)行了59次飛行，其中哥倫比亞號航天飛機15次，挑戰(zhàn)者號10次，發(fā)現(xiàn)號17次，亞特蘭蒂斯號12次，奮進(jìn)號5次。每次載宇航員2至8名，飛行時間從2天到14天。在12年中，已有301人次參加航天飛機飛行，其中包括18名女宇航員。航天飛機的59次飛行中，在太空施放衛(wèi)星50多顆，載2座空間站到太空軌道，發(fā)射了3個宇宙探測器，1個空間望遠(yuǎn)鏡和1個γ射線探測器，進(jìn)行了衛(wèi)星空間回收和空間修理，開展了一系列科學(xué)實驗活動，取得了豐碩的探測實驗成果。
　　航天飛機除可在天地間運載人員和貨物之外，憑著它本身的容積大、可多人乘載和有效載荷量大的特點，還能在太空進(jìn)行大量的科學(xué)實驗和空間研究工作。它可以把人造衛(wèi)星從地面帶到太空去釋放，或把在太空失效的或毀壞的無人航天器，如低軌道衛(wèi)星等人造天體修好，再投入使用，甚至可以把歐空局研制的“空間實驗室”裝進(jìn)艙內(nèi)，進(jìn)行各項科研工作。
　　美國航天飛機創(chuàng)造了許多航天新紀(jì)錄。航天飛機首航指令長約翰·楊6次飛上太空，是世界上參加航天次數(shù)最多的宇航員。1983年6月18日女宇航員莎麗·賴德（sally k·ride）乘挑戰(zhàn)者號上天飛行，名列美國婦女航天的榜首。1983年8月30日，挑戰(zhàn)者號把美國第一個黑人宇航員布魯福德（guion s·bluford）送上太空飛行。1984年2月3日乘挑戰(zhàn)者號上天的麥坎德利斯（b·mccandless），成為世界上第一位不系安全帶到太空行走的宇航員。1984年4月6日挑戰(zhàn)者號上天后，宇航員首次抓獲和修理軌道上的衛(wèi)星成功。1984年10月5日參加挑戰(zhàn)者號飛行的莎麗文（kathryn d·sullivan）成為美國第一位到太空行走的女宇航員。1985年1月24日發(fā)現(xiàn)號升空，首次執(zhí)行秘密的軍事任務(wù)。1985年4月29日，第一位華裔宇航員王贛駿（tayler wang）乘挑戰(zhàn)者號上天參加科學(xué)實驗活動。1985年11月26日，亞特蘭蒂斯載宇航員上天第一次進(jìn)行搭載空間站試驗。1992年5月7日奮進(jìn)號首次飛行，宇航員在太空第一次用手工操作搶救回收衛(wèi)星成功。7月31日亞特蘭蒂斯號上天，首次進(jìn)行繩系衛(wèi)得發(fā)電試驗。9月12日奮進(jìn)號將第一位黑人女宇航員，第一位日本記者和第一對宇航員夫婦載入太空飛行。