Ngày 1 tháng 10 năm 2003, ba tổ chức được sáp nhập để thành lập tổ chức mới JAXA: Viện Khoa học Không gian và Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (ISAS), Phòng thí nghiệm Vũ trụ Quốc gia Nhật Bản (NAL), và Cơ quan Phát triển Không gian Quốc gia Nhật Bản (NASDA). JAXA được thành lập như một Cơ quan Hành chính Độc lập được quản lý bởi Bộ Giáo dục, Văn hóa, Thể thao, Khoa học và Công nghệ (MEXT) và Bộ Nội vụ và Truyền thông (MIC).[5]

Trước khi sáp nhập, ISAS chịu trách nhiệm về nghiên cứu không gian và hành tinh, trong khi NAL tập trung vào nghiên cứu hàng không. NASDA, được thành lập vào ngày 1 tháng 10 năm 1969, đã phát triển các tên lửa, vệ tinh và cũng đã xây dựng Module Thực nghiệm Nhật Bản. Trụ sở NASDA cũ được đặt tại vị trí hiện tại của Trung tâm Không gian Tanegashima, nằm trên đảo Tanegashima, cách Kyūshū 115 km về phía Nam. NASDA cũng đào tạo các phi hành gia Nhật Bản, những người đã bay trong các tàu con thoi của Hoa Kỳ.[6]

Vào năm 2012, một đạo luật mới đã mở rộng việc miến giảm thuế của JAXA từ chi cho các mục đích hòa bình sang bao gồm một số công cuộc phát triển không gian quân sự, chẳng hạn như hệ thống cảnh báo sớm tên lửa. Sự kiểm soát về mặt chính trị của JAXA đã chuyển từ MEXT sang Văn phòng Nội các của Thủ tướng thông qua một Văn phòng Chiến lược Không gian mới.[7]