El programa del transbordador espacial surgió en los Estados Unidos como sustituto del programa Apolo, teniendo como objetivo disminuir los costos de los vehículos espaciales, ya que en los del Apolo casi la totalidad del cohete es desechado en el espacio, solo retornando a la tierra una pequeña cápsula de reingreso que contiene a los tripulantes. También se pensó para que sirviera como transporte a la estación espacial que en aquéllos momentos estaba en planes de construcción. Se propusieron muchos diseños para el transbordador, algunos de ellos complejos.
La NASA se dedicó entonces a buscar fondos para financiar los 5 años que duraría la etapa de desarrollo del proyecto, cosa que se les dificultó un poco debido a la Guerra de Vietnam, la agencia espacial casi pierde el proyecto pero éste no se canceló debido a que de ser así los Estados Unidos se quedarían sin programa espacial por esos año, pero si se vieron recortados de presupuesto, por lo que tuvieron que volver a la mesa de diseño y hacer modificaciones para ajustarlo al presupuesto adquirido. Inicialmente se había diseñado la aeronave en forma de cohete sencillo y retornaría en su mayor parte pero en el nuevo diseño se olvidó esa forma para pasar a tener cohetes que se desprendieran durante el despegue y cayeran para su posterior recuperación en tierra y reutilización, éstos cohetes fueron lo último del diseño, se propusieron varias soluciones y se optó por una que contemplaba dos cohetes de combustible sólido a cada lado del tanque principal en vez de uno grande en el centro, ya que éste último era más costoso.
El 5 de enero de 1972 el presidente de los Estados Unidos en esa época, Richard Nixon, anunció que la NASA estaba en el desarrollo de una nave aeroespacial de bajo costo y sería reutilizable. Debido a los límites en el presupuesto, el proyecto ya estaba condenado a durar más de lo que se había anticipado originalmente. Sin embargo, el trabajo empezó rápidamente, y un par de años después ya había varios artículos de prueba. El diseño final del prototipo, que fue llamado Enterprise debido a un mar de cartas recibidas en la Casa Blanca por miles de fanáticos de Star Trek, comenzó un período de pruebas el 17 de septiembre de 1976 las cuales fueron exitosas y llevó a la primera validación del diseño.
El primer transbordador construido fue el Columbia, construido en Palmdale, California y enviado luego al Centro Espacial Kennedy el 25 de marzo de 1979. La primera vez que esta nave dejó la tierra lo hizo con dos tripulantes, el 12 de abril de 1981. Luego el mismo centro espacial vio llegar al transbordador Espacial Challenger en julio de 1982, en noviembre de 1983 llegó el transbordador Espacial Discovery y el transbordador Espacial Atlantis en abril de 1985.
Debido a las grandes tripulaciones se dividieron en dos grupos: pilotos, responsables del vuelo y mantenimiento del orbitador; y los especialistas de misión, encargado de los experimentos y de la carga útil, luego fue creada una tercera categoría, la de especialista de carga, los cuales no tienen que hacer necesariamente un curso de astronauta, y se ocupan de los experimentos de a bordo. La segunda etapa del proyecto que inicialmente se llamó Estación Espacial Libertad (Freedom), fue anunciada en 1984.
Posteriormente elementos importantes de su diseño fueron a ser parte integrante de la Estación Espacial Internacional, ejemplo: la Estructura de Armazón Integrada (ITS, por sus siglas en inglés), que no es más que un armazón de aluminio en forma la espina dorsal que soporta los radiadores de la EEI, los gigantescos paneles solares de sus extremos, la estructura móvil del brazo canadiense y otros equipos. Despegó sin haber solucionado por completo el problema del tanque externo, el cual tuvo solución posterior con la colocación de una malla sobre el tanque para evitar tales desprendimientos; tocó tierra después de concluir su misión satisfactoriamente el 9 de agosto de 2005 en la base Edwards en California, repitiendo en la siguiente misión del programa en junio de 2006, su misión comprendió un viaje a la estación espacial y pruebas de seguridad.
Durante la duración del programa espacial se le han modificado
innumerables sistemas a los aparatos, por ejemplo los sistemas de
protección térmicas, fundamentalmente constituidos por pequeñas losetas
negras colocadas en la parte inferior del fuselaje, las cuales esta
hechas de un material que disipa muy bien el calor, tal es así que
sometidas a altas temperaturas y estando al rojo vivo aun pueden ser
tomadas con las manos desprovistas de guantes y no recibir quemadura de
ningún tipo.
