1972年，美国总统尼克松宣布美国将研制一种可重复使用的飞船，起飞时像火箭一样，降落时像飞机一样。经过一系列测试，美国宇航局工程师推出了航天飞机方案，并于1976年完成了首架测试型航天飞机“企业”号。本图所示为1975年接受风洞测试的模型。
1981年4月12日，哥伦比亚号开始了载人航天飞机的处女航。宇航员驾驶航天飞机环绕地球36圈后降落于爱德华空军基地。哥伦比亚号航天飞机最初是全白色的，但是在完成第二次飞行任务后，美国宇航局不再为它的外部燃料箱喷涂颜色，而保持它那与众不同的橙色，从而也为它减肥减下272公斤的白色乳胶涂料。
1983年，“挑战者”号宇航员完成了航天飞机项目的首次太空行走。本图所示，宇航员斯托里-玛斯格雷夫（左）和唐纳德-彼德森正漂浮于航天飞机周围，并使用滑线和绳索沿着栏杆移动。他们的太空行走持续了4个多小时。在此次任务中，宇航员们还完成了航天飞机项目的首颗卫星的部署工作。
随着“挑战者”号的发身升空，萨利-莱德成为美国宇航局第一位进入太空的女性宇航员。20多年前，前苏联宇航员瓦伦蒂娜-捷列什科娃早已成为首位进入太空的女性。莱德是“挑战者”号航天飞机第二次飞行任务的任务专家，后来她又作为总统顾问团成员负责调查“挑战者”号失事灾难的原因。
1984年2月，宇航员布鲁斯-麦克坎德雷斯在一个喷气式背后的推动下，开始了首次无绳太空行走。这张标志性照片显示，任务专家正漂浮于漆黑浩瀚的太空背景中。麦克坎德雷斯通过手柄操作喷气式背包，离开航天飞机远达近100米。
1986年1月，由于发射台上冰层覆盖，导致挑战者号最终失事的悲剧。挑战者号起飞73秒后突然解体爆炸，机上7名宇航员不幸遇难。调查结果显示，低温导致固体火箭推进器脆弱的O型橡胶环出现密封性问题，火焰点燃了外部燃料箱中的燃料。这次灾难导致航天飞机项目搁浅直到1988年才重新恢复。
1990年，“发现”号航天飞机负责在太空中部署“哈勃”太空望远镜。“哈勃”太空望远镜是人类洞悉宇宙的一只眼睛。尽管发射成功，但“哈勃”主透镜上的一个小故障导致图像失真。1993年，“奋进”号航天飞机历时五天成功地对“哈勃”太空望远镜实施了维修任务。
1998年，77岁的老宇航员约翰-格林搭乘“发现”号航天飞机重返太空。在1962年的水星任务中，格林就已成为首位环绕地球的美国人。此次格林是作为任务专家随“发现”号升空的。作为迄今进入太空最年老的宇航员，格林参与了老化实验。本图中，格林正在舷窗边站好位置准备拍照。
1998年，“奋进”号航天飞机为国际空间站带来了首个美国太空舱--“统一”号。作为一个多功能实验室、测试场所和观测平台，国际空间站让人类能够长期存在于太空中。这个模块通过一个六边连接器与空间站联系在一起。
在成功完成研究任务后，“哥伦比亚”号航天飞机于2003年2月1日在返回过程中爆炸，导致机上7名宇航员遇难，航天飞机残骸散落于德克萨斯州境内。爆炸事件距离航天飞机平稳降落仅剩15分钟。事故调查小组调查结果表明，发射时一片泡沫脱落导致航天飞机机翼隔热板损坏。
在经过为期两年的安全检查后，航天飞机项目于2005年7月重新启动，“发现”号成功升空。在此次任务中，“发现”号在国际空间站下方完成了一次后空翻，这使得科学家清晰地发现，由于外部燃料箱的泡沫脱落，导致填充物和瓷片损坏。经过宇航员太空行走进行紧急修复，“发现”号终于安全着陆。
如今，“奋进”号和“发现”号已退役，“亚特兰蒂斯”号也即将完成谢幕之旅。在总共134次飞行任务中，航天飞机在太空中的飞行总时间超过了1320天。
