Năm 1984, tổng thống Hoa Kỳ Ronald Reagan thông báo việc bắt đầu xây dựng trạm quỹ đạo của Hoa Kỳ. NASA dự định sẽ đưa các mô-đun của trạm quỹ đạo này với tên Trạm vũ trụ Tự do, được coi là bản sao của trạm vũ trụ Salyut và Mir của Liên Xô lên quỹ đạo bằng tàu con thoi. Tuy nhiên, dự án bị hủy bỏ sau sự kiện Liên Xô sụp đổ, đi liền với việc kết thúc Chiến tranh Lạnh và cả cuộc chạy đua vào không gian. Các quan chức trong ngành không gian của Hoa Kỳ nhanh chóng tiến hành đàm phán với các đối tác quốc tế, bao gồm Châu Âu, Nga, Nhật Bản và Canada, nhằm xây dựng một trạm vũ trụ quốc tế vào đầu thập niên 1990. Dự án này được công bố lần đầu tiên vào năm 1993 và được gọi là Trạm vũ trụ Alpha[10]. Dự án lập kế hoạch liên kết tất cả các dự kiến xây dựng trạm vũ trụ của các cơ quan không gian: Trạm vũ trụ Tự do của NASA, Mir-2 (trạm kế thừa của Trạm vũ trụ Hòa Bình, với trọng tâm là mô-đun Zvezda (Ngôi sao), hiện nay là một trong các mô-đun của ISS) của Nga, và Columbus của ESA. Hiện nay, có kế hoạch phát triển Columbus thành một phóng thí nghiệm không gian độc lập.

Bộ phận đầu tiên, Khối chức năng hàng hóa Zarya (Bình minh), được phóng lên quỹ đạo vào tháng 11 năm 1998 bằng tên lửa Proton của Nga. Hai bộ phận tiếp theo (Mô-đun Unity và Mô-đun dịch vụ Zvezda) cũng được phóng lên quỹ đạo, trước chuyến bay của phi hành đoàn đầu tiên Expedition 1. Expedition 1 gồm một phi hành gia người Mỹ, William Shepherd và hai phi hành gia người Nga là Yuri Pavlovich Gidzenko và Sergei Konstantinovich Krikalyov đã kết nối thành công với ISS vào ngày 2 tháng 11 năm 2000

Tóm tắt quá trình hình thành ISS:

• 17 tháng 6 năm 1992 - Nga và Hoa Kỳ ký kết thỏa thuận về hợp tác trong nghiên cứu vũ trụ. Theo đó Cơ quan Vũ trụ Nga (Российское космическое агентство, viết tắt là РКА hay RKA trong ký tự Latin) và NASA chuẩn bị chương trình hợp tác "Hòa bình-Tàu con thoi". Từ đây, ý tưởng hợp nhất các chương trình quốc gia của việc xây dựng các trạm quỹ đạo đã nảy sinh.
• Tháng 3 năm 1993 - Tổng giám đốc RKA Yuri Коptev và Tổng công trình sư Tổ hợp Khoa học Sản xuất Năng lượng (NPO Energia, НПО Энергия) Yuri Semenov đề nghị với Giám đốc NASA Daniel Goldin xây dựng Trạm vũ trụ Quốc tế.
• 1 tháng 11 năm 1993 - RKA và NASA ký "Kế hoạch chi tiết các công việc cho Trạm vũ trụ Quốc tế".
• Tháng 11 năm 1994 - tại Moskva, các buổi góp ý kiến đầu tiên của các cơ quan vũ trụ của Nga và Hoa Kỳ được tổ chức. Hợp đồng với các công ty tham gia dự án, Boeing, Mc Donnell-Douglas, General Electric, Rockwell và Công ty tên lửa vũ trụ Năng lượng mang tên Коrоlyov (RKK Energia, РКК Энергия им. С. П. Королева), được ký kết.
• Tháng 3 năm 1995 - tại Trung tâm Không gian Lyndon B. Johnson ở Houston, mô hình phác thảo của trạm được phê chuẩn.
• 1996 - cấu hình của trạm được phê chuẩn. Nó gồm 2 phần: Nga (phương án hiện đại hóa của "Mir-2") và Hoa Kỳ (với sự tham gia của Canada, Nhật, Ý, Cơ quan Vũ trụ châu Âu và Brasil).
• 20 tháng 11 năm 1998 - Nga phóng thành phần đầu tiên của trạm: khối chức năng hàng hóa Zarya (Заря).
• 7 tháng 12 năm 1998 - Tàu con thoi Endeavour đưa lên và gắn vào trạm mô-đun NODE-1 (Unity) của Hoa Kỳ.
• 26 tháng 7 năm 2000 - mô-đun dịch vụ Zvezda (Звезда) được gắn vào khối chức năng hàng hóa Zarya
• 2 tháng 11 năm 2000 - phi hành gia đầu tiên lên trạm vũ trụ iss
• 2 tháng 11 năm 2000 - tàu vận tải "Soyuz ТМ-31" đưa lên trạm phi hành đoàn đầu tiên.
• 18 tháng 4 năm 2005 - Giám đốc NASA Michael D. Griffin trong khi điều trần trước Ủy ban Thượng viện về Không gian và Khoa học, đã tuyên bố về sự cần thiết của việc cắt giảm tạm thời các nghiên cứu khoa học ở phần trạm của Hoa Kỳ. Điều này là cần thiết, nhằm giải phóng các nguồn lực để tập trung vào xây dựng CEV - phương tiện thám hiểm có người lái (bảo đảm việc xây dựng đến năm 2010, và không muộn hơn 2014). CEV là cần thiết để đảm bảo việc đi lên trạm của Mỹ không bị phụ thuộc (vốn bị tạm ngưng sau tai nạn tàu con thoi Columbia năm 2003). Như vậy đến năm 2010 có kế hoạch kết thúc việc sử dụng hạm đội "Tàu con thoi không gian".
• 19 tháng 6 năm 2008 - trạm vũ trụ quốc tế được đưa lên cao thêm 7 km để bảo đảm an toàn cho trạm.[11]