ระบบสื่อสารที่ปัจจุบันพัฒนามาเป็นเครือข่ายอวกาศห้วงลึกได้ถูกสร้างขี้นในช่วงต้นของยุคอวกาศ (space age) หรือปลายทศวรรษ 1960 โดยย้อนไปในช่วงทศวรรษ 1930 ที่ห้องปฏิบัติการแรงขับเคลื่อนไอพ่น หรือเจพีแอล (JPL) ซึ่งขณะนั้นยังเป็นหน่วยวิจัยทางการทหาร สังกัดสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย หรือ แคลเทค ในเมืองแพซาดีนา รัฐแคลิฟอร์เนีย ได้พัฒนาขีดความสามารถทางด้านจรวด และได้พัฒนาขีปนาวุธทิ้งตัว Corporal ให้กับกองทัพ ซึ่งถูกใช้ในสงครามเกาหลี นอกจากนั้นยังทำการพัฒนาขีปนาวุธ Sergeant ในระหว่างนั้นด้วย[1]

เจพีแอลได้รับคัดเลือกจากรัฐบาลสหรัฐในการพัฒนาดาวเทียมเอกซ์พลอเรอร์ 1 (Explorer 1) ดาวเทียมดวงแรกของสหรัฐ ซึ่งถูกส่งขึ้นวงโคจรไปเมื่อวันที่ 23 พฤษภาคม 1958 ครั้งนั้นได้มีการสร้างเสาอากาศเคลื่อนที่เพื่อใช้สำหรับติดตามและสื่อสารกับดาวเทียมชื่อว่า Microlock ซึ่งถูกติดตั้งในรัฐฟลอริดา และแคลิฟอร์เนีย และในพื้นที่ของประเทศไนจีเรีย และประเทศสิงคโปร์ โดยเชื่อมต่อเข้ากับศูนย์ควบคุมภารกิจในสำนักงานของเจพีแอลในรัฐแคลิฟอร์เนีย นอกจากนี้เจพีแอลยังได้พัฒนาเครือข่าย TRACE (Tracking and Communication Extraterrestrial) ซึ่งเป็นเครือข่ายเสาอากาศแบบจำกัดพื้นที่ครอบคลุมเพื่อใช้สำหรับภารกิจสำรวจดาวเคราะห์ภารกิจแรก โดยติดตั้งที่แหลมคะแนเวอรัล (รัฐฟลอริดา), เมืองมายาเกซ (เปอร์โตริโก) และเมืองโกลด์สโตน (รัฐแคลิฟอร์เนีย) โดยสถานที่หลังสุดนี้ถูกเลือกเนื่องจากตั้งอยู่ใกล้กับสำนักงานของเจพีแอล และมีลักษณะเป็นแอ่งกระทะซึ่งช่วยป้องกันการรบกวนจากสัญญาณวิทยุ ทางศูนย์วิจัยได้ติดตั้งจานสายอากาศแบบพาราโบลา (parabolic antenna) ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 36 เมตร ใหญ่ที่สุดในขณะนั้น เพื่อขยายพื้นที่ครอบคลุมให้กว้างขึ้นสำหรับภารกิจสำรวจดาวเคราะห์ ซึ่งในปี 1958 เจพีแอลได้เสนอให้มีการติดตั้งสถานีสื่อสารแบบที่โกลต์สโตนในประเทศไนจีเรีย และประเทศสิงคโปร์ แต่ถูกระงับโดยตัวแทนจากกระทรวงกลาโหมของสหรัฐ เนื่องจากขณะนั้นอยู่สหรัฐในช่วงสงครามเย็น ท้ายสุดจึงได้ย้ายไปสร้างสถานีสื่อสารในประเทศออสเตรเลีย และประเทศสเปนแทน ภายหลังการผนวกเจพีแอลเข้ากับองค์การนาซาในปี 1958 เจพีแอลเรียกสถานีสื่อสารที่โกลด์สโตนว่า สถานีห้วงอวกาศที่ 11 (Deep Space Station 11 หรือ DSS 11) และถูกใช้ในภารกิจสำรวจดาวเคราะห์ครั้งแรกในยานอวกาศไพโอเนียร์ 4 (Pioneer 4)

ในปี 1960 นาซาได้สร้างจานสายอากาศขนาด 26 เมตร ที่สถานีโกลด์สโตนในสหรัฐ และที่สถานีไอแลนด์ลากูน (Island Lagoon) ในประเทศออสเตรเลีย จานสายอากาศแห่งที่สามซึ่งในตอนแรกวางแผนที่จะติดตั้งที่สถานีในสเปน แต่ถูกย้ายไปสร้างไว้ที่สถานีในเมืองโจฮันเนสเบิร์ก ประเทศแอฟริกาใต้ แล้วเสร็จในปี 1961 ด้วยสถานีสื่อสารทั้งหมดนี้ทำให้มีพื้นที่ครอบคลุมเกือบทั่วทั้งโลก และตั้งชื่อหน่วยงานนี้ว่า เครือข่ายอวกาศห้วงลึก หรือ ดีเอสเอ็น ในวันที่ 24 ธันวาคม 1963 ภายใต้การนำของเอเบอร์ฮาร์ท เรชติน (Eberhardt Rechtin) ในช่วงกลางทศวรรษ 1960 เริ่มมีการใช้งานเกินขีดความสามารถของจานสายอากาศทั้งสามแห่ง ทางนาซาจึงได้สร้างสถานีแห่งใหม่ขึ้นอีกสามแห่งคือ กรุงแคนเบอร์รา ประเทศออสเตรเลีย (เปิดใช้งานในเดือนมีนาคม 1965), แคว้นมาดริด ประเทศสเปน (เปิดใช้งานในเดือนกรกฎาคม 1965) และที่เกาะอัสเซนชันในมหาสมุทรแอตแลนติก (เปิดใช้งานในเดือนมิถุนายน 1966) เครือข่ายเหล่านี้ถูกใช้ในภารกิจของโครงการอะพอลโล (Apollo) นอกจากจะมีถูกใช้สำหรับการสื่อสารกับยานอวกาศแล้ว เครือข่ายนี้ยังถูกใช้สำหรับการสื่อสารกับดาวเทียมในระดับความสูงมากกว่า 16,000 กิโลเมตร นอกจากนี้จานสายอากาศขนาด 64 เมตร (DSS 14) ยังถูกสร้างขึ้นที่สถานีในโกลด์สโตนและแล้วเสร็จเมื่อเดือนมีนาคม 1966 ซึ่งจะมีบทบาทสำคัญในภารกิจสำรวจดาวอังคาร ในช่วงปี 1964 นั้น เครือข่ายดีเอสเอ็นยังใช้การสื่อสารข้อมูลผ่านระบบโทรพิมพ์ (teletype) โดยข้อมูลโทรพิมพ์จะถูกป้อนเข้าไปยังคอมพิวเตอร์ของแต่ละสถานีโดยตรง ทำให้ไม่ต้องมีการใช้บัตรเจาะรู (punched card) ต่อมาในช่วงกลางทศวรรษ 1960 ก่อนภารกิจโครงการเซอร์เวเยอร์จะเดินทางไปยังดวงจันทร์ ได้มีการติดตั้งระบบไมโครเวฟเพื่อใช้ส่งผ่านข้อมูลจากโกลด์สโตนมายังเจพีแอลโดยตรง ซึ่งระบบนี้ยังช่วยรองรับการส่งผ่านข้อมูลอันมหาศาลของโครงการเซอร์เวเยอร์ และภารกิจสำรวจอวกาศอื่นๆ ในอนาคตอีกด้วย[2]

ช่วงปลายทศวรรษ 1960 เครือข่ายดีเอสเอ็นถูกใช้สำหรับภารกิจโครงการสำรวจดวงจันทร์ เริ่มตั้งแต่โครงการเซอร์เวเยอร์ (Surveyor), โครงการลูนาร์ออร์บิเตอร์ (Lunar Obiter) และโครงการอะพอลโล (Apollo) ซึ่งโครงการอะพอลโลจะใช้เครือข่ายนี้เป็นระบบสื่อสารสำรอง เนื่องจากโครงการนี้ใช้การสื่อสารหลักผ่านมนุษย์จากศูนย์อวกาศจอห์นสัน (Johnson Space Center, JSC) ในช่วงทศวรรษ 1970 ทางเจพีแอลได้จัดระเบียบสถานีสื่อสารใหม่ โดยในเดือนพฤศจิกายน 1969 มีการโอนถ่ายสถานีในเกาะอัสเซนชันไปยังศูนย์การบินอวกาศก็อดเดิร์ด (Goddard Space Flight Center, GSFC) และในปี 1973 ได้รื้อสถานีในเมืองวูเมอร์รา ประเทศออสเตรเลีย แล้วโอนถ่ายไปยังสถานีในกรุงแคนเบอร์ราแทน ต่อมาในปี 1974 สถานีที่เมืองโจฮันเนสเบิร์กได้ปิดตัวลง เจพีแอลได้สร้างจานสายอากาศขนาด 64 เมตรเพิ่มขึ้นอีกสองแห่งเหมือนกับที่โกลด์สโตน แห่งแรกที่สถานีแคนเบอร์รา (DSS 43) เปิดใช้งานในเดือนเมษายน 1973 แห่งที่สองที่สถานีมาดริด ประเทศสเปน (DSS 63) เปิดใช้งานในเดือนกันยายนปีเดียวกัน อย่างไรก็ตาม จานสายอากาศขนาด 26 เมตรยังคงถูกใช้สำหรับช่วงแรกของภารกิจการส่งยานขึ้นสู่อวกาศ เนื่องจากระยะที่ยังใกล้กับโลกทำให้มีการเปลี่ยนแปลงเชิงมุมที่มาก ซึ่งไม่สามารถติดตามโดยใช้จานสายอากาศขนาดใหญ่ได้

ภารกิจการสำรวจดาวอังคารในโครงการมาริเนอร์ (Mariner) ในปี 1969 ถือเป็นภารกิจแรกที่มีการประยุกต์การใช้จานสายอากาศขนาดใหญ่สำหรับการส่งผ่านข้อมูลตลอดการทำภารกิจที่มีความรวดเร็วมากยิ่งขึ้น ทั้งข้อมูลภาพถ่ายและข้อมูลทางวิทยาศาสตร์กลับมายังโลก ระหว่างปี 1961 ถึงปี 1974 นอกจากเครือข่ายดีเอสเอ็นจะถูกใช้สำหรับภารกิจที่พัฒนาโดยเจพีแอล (โครงการเรนเจอร์ (Ranger), โครงการเซอร์เวเยอร์ (Surveyor)) เครือข่ายยังให้การสนับสนุนภารกิจสำรวจดาวเคราะห์ที่ดำเนินการโดยศูนย์วิจัยเอมส์ (Ames Research Center) คือโครงการไพโอเนียร์ (Pioneer), ศูนย์วิจัยแลงลีย์ (Langley Research Center) คือโครงการโครงการลูนาร์ออร์บิเตอร์ และศูนย์อวกาศจอห์นสัน (Johnson Space Center หรือ JSC) สำหรับโครงการอะพอลโล อีกทั้งยังให้การสนับสนุนภารกิจสำรวจอวกาศของชาติอื่นๆ ได้แก่ ญี่ปุ่น รัสเซีย อินเดีย และยุโรป ต่อมาในโครงการไวกิง (Viking) ในช่วงกลางทศวรรษ 1970 ทำให้มีการพบปัญหาของเครือข่ายดีเอสเอ็น ซึ่งยานอวกาศสองลำถูกส่งขึ้นไปดาวอังคารในเวลาไล่เลี่ยกัน จานนั้นยานอวกาศแต่ละลำจะแยกตัวออกเป็นยานโคจรและยานลงจอด นั่นหมายความว่าเครือข่ายดีเอสเอ็นจะต้องทำการติดต่อกับยานอวกาศพร้อมกันทั้งสิ้น 4 ลำในระยะใกล้ๆ กัน ทำให้จานสายอากาศขนาด 64 เมตรเหล่านี้ถือเป็นส่วนสำคัญที่ทำให้โครงการนี้สำเร็จไปได้ด้วยดี นอกจากนี้เครือข่ายยังถูกใช้สำหรับยานเฮลิออส-1 (Helios-1) ตั้งแต่ถูกส่งขึ้นอวกาศในปี 1974 จนสิ้นสุดขาดการติดต่อไปในปี 1986[2]

ระหว่างปี 1968 ถึงปี 1980 จานสายอากาศขนาด 26 เมตรทั้งสามแห่งถูกแทนด้วยจานสายอากาศขนาด 34 เมตร เพื่อขยายระยะของสัญญาณและพื้นที่ครอบคลุม นอกจากนี้ยังมีการเปลี่ยนความถี่ของสัญญาณใหม่สำหรัลภารกิจในอวกาศห้วงลึก โดยจานสายอากาศความถี่สูงขนาด 34 เมตรใหม่ทั้งสามแห่งนี้ถูกติดตั้งและเปิดใช้งานที่สถานีโกลด์สโตนและสถานีแคนเบอร์ราในปี 1984 และสถานีมาดริดในปี 1987 ต่อมาในปี 1981 มีการปลดประจำการจานสายอากาศโกลด์สโตน DSS 11 โดยสถานีโกลด์สโตนแห่งนี้ได้รับการประกาศให้เป็นสถานที่สำคัญทางประวัติศาสตร์แห่งชาติ (National Historic Landmark) เมื่อวันที่ 27 ธันวาคม 1985 เพื่อรำลึกถึงบทบาทที่สำคัญในภารกิจการสำรวจดวงจันทร์และดาวเคราะห์อื่นๆ ในระบบสุริยะ ช่วงปลายทศวรรษ 1980 ทางนาซาได้ปรับปรุงจานสายอากาศให้มีขนาดใหญ่ขึ้นจาก 64 เมตรเป็น 70 เมตรในสถานีสื่อสารทั้งสามสถานี แม้ว่าจะมีการคัดค้านเรื่องงบประมาณที่ใช้ในการดำเนินการ การเปลี่ยนจานสายอากาศทั้งหมดใช้เวลาถึง 5 ปีและแล้วเสร็จในเดือนพฤษภาคม 1988

เครือข่ายอวกาศห้วงลึกเริ่มมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในภารกิจการสำรวจอวกาศของระหว่างประเทศ อย่างไรก็ตามความร่วมเหล่านี้เป็นแบบไม่ทางการ จนกระทั่งในปี 1991 มีประกาศคำสั่งอย่างเป็นทางการในการกำหนดการใช้เครือข่ายสำหรับหน่วยงานจากชาตือื่นๆ ในระหว่างทศวรรษ 1980 นาซายังได้มีการปรับเปลี่ยนสถานีบางส่วนเพื่อลดค่าใช้จ่ายในการดำเนินการ โดยระบบสื่อสารที่ดำเนินการโดยศูนย์การบินอวกาศก็อดเดิร์ดได้ถูกย้ายมารวมกับเครือข่ายดีเอสเอ็น และในช่วงปลายทศวรรษ 1990 เจพีแอลได้สร้างจานสายอากาศขนาด 34 เมตรขึ้นที่ทั้งสามสถานีเพื่อทดแทนจานสายอากาศอันเก่า ทำให้ในปัจจุบันเครือข่ายดีเอสเอ็นสามารถตรวจจับการปลดปล่อยของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในธรรมชาติจากดวงดาว กลุ่มเมฆแก๊ส หรือแม้กระทั่งจากดาวพฤหัสบดี จนถึงทุกวันนี้เครือข่ายอวกาศห้วงลึกของนาซายังคงเป็นเครือข่ายสถานีสื่อสารสำหรับยานอวกาศที่ใหญ่ที่สุด[2]