“国际空间站”的建造分3个阶段，每一个阶段都建立在前一个阶段的基础之上，但后一阶段又都比前一阶段有所突破、有所创新。其中后2个阶段采用边装配、边工作的建造模式。
1994～1998年为开始准备阶段。其主要内容是进行9次美国航天飞机与俄罗斯和平号空间站的对接飞行，送美国航天员到和平号上累计工作近3年，取得航天飞机与空间站交会
对接以及在空间站上长期进行生命科学、微重力科学实验和对地观测等方面的经验，训练美国航天员在空间站上的生活和工作能力，从而降低 “国际空间站”研制、装配和运行中的技术风险。美国航天飞机与俄和平号空间站最后一次对接于1998年6月12日圆满结束。美方认为9次对接收获很大，它使美国航天员在处理危机方面得到了很好的锻炼。如没有这项合作项目，和平号上出现的许多问题将来在“国际空间站”出现时就无法处理；对接使两国航天员取得了共同处理问题的经验，建立起了合作精神。此外，9次对接飞行还验证了俄罗斯研制的对接系统和航天飞机控制大型空间站姿态的能力；完成了降低装配风险的研究；试验了美俄地面控制中心之间交换数据的各种方法。
1998～2001年为初期装配阶段。1998年11月20日，俄罗斯质子号火箭发射了美国出钱、俄罗斯制造的“国际空间站”第1个舱——曙光号多功能舱，此后又陆续发射了美国团结号节点舱-1、俄罗斯星辰号服务舱、第1副美国巨形太阳能电池翼、美国命运号实验舱、加拿大巨型遥控机械臂，2001年7月12日为“国际空间站”送去的美国探索号气闸舱标志着“国际空间站”初期装配阶段的结束，此时“国际空间站”达到了可提供3名航天员在轨工作的能力。
2002～2010年为最后装配阶段。主要内容是完成“国际空间站”的装配，达到6人长期在轨工作的能力。现已发射和组装了部分美国桁架(整个桁架由11段连接而成，目前连接了3段)和加拿大移动服务系统，2007年起还将发射和组装欧洲哥伦布号实验舱、日本希望号实验舱、俄罗斯能源舱、其他美国桁架结构、太阳能电池阵和美国的居住舱等。该阶段现定于2010年完成，美国居住舱在轨装配完毕后标志着这座空间大厦在太空落成，其工作寿命10年～15年。
由于哥伦比亚号于2003年2月1日失事使所有航天飞机停飞，因而在2003～2006年期间，“国际空间站”没有增加新的组件，只是通过定期更换2人长期考察组进行维护，并开展一些科学实验和技术试验，为“国际空间站”的后期建造工程做一些准备工作。
虽然，2005年7月26日发现号航天飞机进行了首次复飞，并与“国际空间站”对接，但它只为“国际空间站”输送了一些给养和设备，运回自2002年最后一次航天飞机访问空间站以来存放的大量垃圾，完成了用空间站遥控机械臂拆除和更换控制动量陀螺-1(CMG-1)等工作，而没有为空间站运去较大的新组件。
2006年7月执行的航天飞机STS-121任务与2005年执行的STS-114首次复飞时类似，即除为“国际空间站”输送了一些给养和设备，运回空间站存放的垃圾外，也没有为空间站运去较大的新组件，但为空间站第13长期考察组运去了1名新成员，即欧洲航天局航天员托马斯·赖特。从此，空间站上的常驻人员由哥伦比亚号失事以后的2名恢复到3名。赖特也将成为第一位在“国际空间站”长期逗留的非美国或俄罗斯航天员。在航天飞机第2次复飞的过程中，航天员还将出舱更换“国际空间站”移动服务系统的1根电缆。
如果这次发现号飞行顺利，则2006年8月或9月发射装有“国际空间站”部件的亚特兰蒂斯号航天飞机。其实，2006年7月的航天飞机STS-121任务应由亚特兰蒂斯号完成，但由于航天飞机第3次复飞需为空间站输送的设备太重，而发现号无法承担，所以就按照目前这样的飞行顺序安排了，以免亚特兰蒂斯号连飞两次。
不过，亚特兰蒂斯号将成为首架退役的航天飞机，退役时间极有可能在2008年。这是因为2008年它已到了该进行维护的时候了，而这一过程将持续2年时间，所以与其花费2年时间以及大量资金对亚特兰蒂斯号航天飞机进行维护，还不如让其退役。这架造价30亿美元的航天飞机在退役前还有可能再进行四五次太空飞行。
目前，“国际空间站”总质量约为183吨。如果航天飞机每年发射4～5次，它可以在2010年完工。建成后的“国际空间站”将是总质量约423吨。长108米、宽88 米、密封舱容积达1202米3的大型空间设施，可成为近地轨道上有人直接参与各种科学研究活动的基地。