Columbia, không giống như các tàu con thoi hiện hành trong phi đội, được đóng với những kỹ thuật không có sẵn vào thời điểm tàu được đóng ở Palmdale trong giữa thập niên 1970. Một điểm khác biệt lớn giữa Columbia và các tàu con thoi sau này là việc sử dụng các thanh xà nặng trong cánh và thân của trạm quỹ đạo. Do vậy, dù cho các cải tiến trong suốt cuộc đời của con tàu, Columbia vẫn không bao giờ nhẹ như các trạm quỹ đạo khác lúc không chuyên chở gì (Challeger, mặc cho nhiều cải thiện, cũng nặng, nhưng vẫn nhẹ hơn Columbia 2200 lb).

Bên ngoài, Columbia là trạm quỹ đạo duy nhất trong phi đội nguyên gốc có hệ thống bảo vệ nhiệt hoàn toàn bằng ngói (TPS). Hệ thống toàn bằng ngói TPS sau này được cải thiện để thêm vào những thảm cách nhiệt bằng nỉ trên thân tàu và mặt trên của cánh — công việc đó được tiến hành trong lần tân trang Columbia lần thứ nhất và giai đoạn sau khi Challenger bị rớt. Cũng độc nhất ở Columbia là những dải mỏng màu đen trên bề mặt trên của cánh tàu con thoi. Những khu vực sọc đen trên cánh này để phân biệt nó với Enterprise, và cũng bởi vì những nhà thiết kế tàu con thoi đầu tiên không biết nhiệt độ lúc tái nhập vào khí quyển sẽ ảnh hưởng thế nào đến mặt trên của cánh.

Một đặc điểm bên ngoài độc nhất nữa là, được đặt tên là vỏ bọc "SILTS", phía trên đỉnh của đuôi cánh Columbia, và được cài đặt sau STS-9 để thu nhận thông tin về tia hồng ngoại và các dữ liệu về nhiệt khác. Mặc dù các thiết bị dành cho vỏ bọc đó đã được gỡ bỏ sau các thử nghiệm đầu tiên, NASA quyết định vẫn giữ nó lại ở nguyên vị trí, vì cơ quan dự định sẽ dùng nó trong các thí nghiệm trong tương lai. Cánh đuôi sau này được sửa đổi để có thể gắn các dù cản gió (lúc đáp gần xuống đất) được dùng lần đầu tiên trên Endeavour vào năm 1992.