สถานีอวกาศนานาชาติเริ่มต้นโครงการมาตั้งแต่ยุคสงครามเย็น โดยเป็นโครงการที่ทำงานร่วมกันระหว่างสถานีอวกาศจากประเทศต่างๆ หลายประเทศ ช่วงต้นคริสต์ทศวรรษ 1980 องค์การนาซาวางแผนการส่งโมดูลสถานีอวกาศชื่อว่า สถานีอวกาศฟรีดอม ซึ่งเป็นเหมือนสำเนาของสถานีอวกาศซัลยุตและสถานีอวกาศเมียร์ของรัสเซีย ขณะที่ทางฝั่งโซเวียตได้เตรียมการสร้าง เมียร์-2 ในช่วงทศวรรษ 1990 เพื่อนำขึ้นไปใช้แทนที่ เมียร์ [16] อย่างไรก็ดี ด้วยปัญหาทางด้านงบประมาณและข้อจำกัดในการออกแบบ ฟรีดอม จึงไม่มีความคืบหน้าใดๆ หลังจากสร้างแบบจำลองและการทดสอบอุปกรณ์ย่อย

การล่มสลายของสหภาพโซเวียตปิดฉากสงครามเย็นและการแข่งขันกันทางอวกาศ โครงการ ฟรีดอม กำลังจะถูกรัฐสภาของสหรัฐอเมริกาสั่งยกเลิก นอกจากนี้ความวุ่นวายทางเศรษฐกิจของประเทศรัสเซียยุคหลังโซเวียตก็ทำให้โครงการ เมียร์-2 ล้มเลิกไปด้วย[16] ประเทศอื่นๆ ก็ประสบปัญหาทางด้านงบประมาณสำหรับสถานีอวกาศเช่นเดียวกัน ทำให้รัฐบาลสหรัฐฯ เริ่มการเจรจากับหุ้นส่วนอื่นในยุโรป รัสเซีย ญี่ปุ่น และแคนาดา ในช่วงต้นคริสต์ทศวรรษ 1990 เพื่อเริ่มโครงการสถานีอวกาศที่เป็นความร่วมมือระหว่างนานาชาติ[16]

เดือนมิถุนายน ค.ศ. 1992 จอร์จ เอช. ดับเบิลยู. บุช ประธานาธิบดีสหรัฐอเมริกา กับบอริส เยลซิน ประธานาธิบดีรัสเซีย ได้ตกลงร่วมกันในโครงการสำรวจอวกาศ โดยลงนามใน ข้อตกลงระหว่างสหรัฐอเมริกากับสหพันธรัฐรัสเซียว่าด้วยการร่วมมือในการสำรวจและใช้สอยอวกาศภายนอกเพื่อสันติภาพ ข้อตกลงนี้เริ่มต้นด้วยโครงการร่วมมือเล็กๆ โดยที่นักบินอวกาศชาวอเมริกัน 1 คนจะขึ้นสู่สถานีอวกาศรัสเซีย และนักบินอวกาศรัสเซีย 2 คนจะขึ้นสู่สถานีอวกาศของสหรัฐฯ[16]

เดือนกันยายน ค.ศ. 1993 อัล กอร์ รองประธานาธิบดีสหรัฐอเมริกา กับ วิคตอร์ เชอร์โนเมียร์ดิน นายกรัฐมนตรีรัสเซีย ได้ประกาศแผนการสำหรับสถานีอวกาศแห่งใหม่ ซึ่งในเวลาต่อมากลายเป็นสถานีอวกาศนานาชาติ[38] และเพื่อเป็นการเตรียมการโครงการใหม่นี้ ทั้งสองได้ตกลงกันว่า สหรัฐอเมริกาจะเข้าช่วยเหลือในโครงการ เมียร์ อย่างใกล้ชิดในเวลาหลายปีข้างหน้า โดยถือเป็นส่วนหนึ่งของข้อตกลงซึ่งต่อมานับรวมเอายานในวงโคจรที่เชื่อมต่อกับเมียร์ด้วย[18]

โครงการสถานีอวกาศนานาชาติได้วางแผนที่จะเชื่อมต่อสถานีอวกาศขององค์การอวกาศที่เข้าร่วมเอาไว้ด้วยกัน ซึ่งรวมไปถึง ฟรีดอม, เมียร์-2 (พร้อม DOS-8 ที่ภายหลังกลายเป็นซเวซดา), โคลัมบัส ขององค์การอวกาศยุโรป และห้องทดลอง คิโบ ขององค์การสำรวจอวกาศญี่ปุ่น โมดูลแรกของโครงการคือ ซาร์ยา ถูกส่งขึ้นเมื่อปี ค.ศ. 1998 และคาดหมายว่าสถานีอวกาศจะเสร็จสมบูรณ์ภายในปี ค.ศ. 2003 อย่างไรก็ดี ความล่าช้าต่างๆ ทำให้แผนประมาณการเสร็จสมบูรณ์ของโครงการต้องเลื่อนออกไปเป็นปี ค.ศ. 2011[39]