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与很多技术出现后首先应用于军事目的一样，人造卫星出现后，其潜在的军事应用价值便立即受到各国重视。多年来，以美国、苏联/俄罗斯为代表的军事航天大国不遗余力地发展各种军用航天系统，用于支援战场作战行动和武器装备发展。回顾卫星在军事航天领域的发展过程，大致可分为三个阶段。
（1）探索试验阶段
20世纪50年代后期到60年代末，军事航天系统由试验验证起步走向初步应用。人造地球卫星问世后，美国和苏联竞相开展了各类军用卫星的研制和试验，并开始了空间攻防技术的研究。
1958年12月18日，美国发射了世界上第一颗军事试验性通信卫星——“斯科尔号”（SCORE），之后又陆续开展了“信使”（Courier）、“降临”（Advent）、“西福特”（West Ford）及“林肯”（Lincoln）等试验研究卫星计划。1966年，美国国防部组织了初始国防通信卫星计划（Initial Defense Communication Satellite Program，IDCSP），开始将通信卫星用于军事应用。1960年4月13日，美国发射了世界上第一颗导航试验卫星“子午仪1B”。1963年12月，第一颗实用导航卫星“子午仪5B-2”发射成功。1967年子午仪卫星导航系统开始允许民用。1959年2月28日，美国发射了世界上第一颗试验性照相侦察卫星“发现者号”。1960年8月11日，首次回收成功“发现者号”，标志这军用卫星从试验阶段开始进入实用阶段。1960年10月，美国发射了第一颗无线电传输型照相侦察卫星。1961年7月12日，美国成功发射MIDAS3卫星，成为世界上第一个拥有预警卫星的国家。1962年10月31号，美国成功发射世界上第一颗专用测地卫星“安娜1B”。1963年10月，美国发射了世界上第一颗核爆探测卫星“维拉”（Vela）。1965年1月，美国发射了世界上第一颗实用型军用气象卫星。到1967年，电子侦察、导航、导弹预警、军事气象、军事通信、海洋监测等军用卫星相继面世，实用型军用卫星系列初步形成。与此同时，美国还开展了天基武器的技术试验。苏联于20世纪60年代初开始发展军用航天系统，自1962年4月26日发射第一颗照相侦察卫星以后，又陆续发射了气象卫星、通信卫星、导航卫星和海洋监视卫星。1966年11月，开始试验了部分轨道轰炸系统和截击卫星等天基武器。从20世纪60年代中至70年代初，美、苏两国的军用通信卫星、照相侦察卫星、导航卫星、核爆探测卫星等，已经逐步从试验阶段进入实用阶段。
（2）以战略应用为主的完善实用性系统阶段
20世纪70年代初到80年代末的近20年间，美、苏空间军备竞赛升级，推动军事航天系统进入快速发展和广泛应用阶段。
在军用卫星方面，双方不惜耗费巨资，相继建立了功能齐全、性能较先进的军用卫星系统，军用卫星体系基本形成。拥有了运行于多种轨道的电子侦察卫星，既可以进行普查又可以进行详查；光学成像侦察卫星由返回型发展到传输型，并成功发射了微波成像侦察卫星，形成了全天候侦察能力；通信卫星初步形成相对完备的战略、战术通信体系，并建成了天基测控与数据中继网；开始构建全球定位系统（GPS）和全球卫星导航系统（GLONASS）两大全球卫星导航定位系统，初步实现导航应用；陆地观测卫星、海洋环境卫星面世，气象卫星性能进一步提高，具备了全维战场环境探测能力。
在空间攻防方面，两国加紧进行各种天基反卫星、反导弹武器技术试验，空间攻防技术得到试验验证。美国于1975年部署带核弹头的地基反卫星系统，1977年转向研究空基微型动能反卫星技术，并在1985年9月13日成功摧毁了一颗在轨卫星。1983年3月，提出了“战略防御倡议”（Strategic Defense Initiative，SDI），俗称“星球大战”计划。20世纪80年代后期开始研究地基动能反卫星和地基激光反卫星技术。1988年8月，开始研制名为“智能卵石”（Brilliant Pebble，BP）的小型天基动能杀伤反卫星武器，并于1990年首次进行亚轨道拦截空间飞行目标的试验。1986年，美国在“跨大气层飞行器”基础上提出研制可完全重复使用、单级水平起降的“国家空天飞机”，代号X-30。2004年X-43A试验飞机成功完成速度为Ma10的飞行。1982年6月，苏联曾利用“宇宙-1379”反卫星卫星成功摧毁了“宇宙-1375”靶星。
（3）以战术应用为主的阶段
20世纪90年代至21世纪初，军事航天技术日臻完善，进入实战应用阶段。在1991年的海湾战争中，美国首次全面使用航天系统支援部队作战，动用了50多颗军用、民用卫星，为多国部队赢得战争胜利发挥了重要作用。之后的科索沃战争、阿富汗军事行动，特别是2003年的伊拉克战争中，开始由战略应用全面转向战役、战术应用，军用卫星系统以其强大的信息支援能力在战争中发挥了至关重要的作用。美、俄分别于1995年和1996年建成了卫星导航定位系统，1998年11月美国的低轨道通信卫星星座“铱星”系统正式投入运行。之后，各类新一代卫星系统也在持续建设之中。欧盟于1999年2月正式宣布建立“伽利略”（Galileo）全球导航卫星系统计划，并于2005年年底发射第一颗试验卫星。法国、德国、以色列、印度、日本等也都拥有了侦察卫星。这一时期，空间攻防技术快速发展，动能、定向能武器接近实战水平。进入21世纪，美国先后启动了“试验卫星系统”（Experiment Satel-lite System，XSS）微卫星演示验证项目和“近场红外试验”（Near Field Infrared Experiment，NFIRE）等计划。发射了XSS-10和XSS-11卫星，并完成轨道交会机动和近距离会和试验。
数十年来，军用航天系统的迅速发展极大地提高了武器装备的整体作战效能，已经成为直接支援作战行动不可替代的手段。因此，发展军用航天系统，特别是卫星侦察、卫星通信和卫星导航系统，越来越受到世界许多国家的青睐。
各类军用卫星的发展水平大致如下。
（1）侦察监视卫星
目前，国外拥有成像侦察卫星的国家有美国、俄罗斯、法国、以色列和印度。
美国的KH-12数字图像传输型侦察卫星，地面分辨率最高达0.1m，且机动变轨能力很强；“长曲棍球”雷达成像卫星可进行全天时和全天候实时侦察，具有一定的识别伪装或地下目标的能力，地面分辨率达0.3m，设计寿命为8年。
俄罗斯的光学侦察卫星已发展了五代，分为胶卷回收型和图像传输型。前者的地面分辨率可达0.2m，后者为1～3m。
法国、西班牙和意大利联合研制的“太阳神-1A”光学成像侦察卫星，地面分辨率为1m。法国研制的第二代“太阳神-2B”成像侦察卫星分辨率达0.5m。以色列已投入使用的“地平线-5”光学成像侦察卫星分辨率优于0.5m，“合成孔径雷达技术验证卫星”（Tec-SAR）的雷达成像侦察卫星分辨率优于1m。印度目前光学成像侦察由“制图卫星”（Carto-sat）系列承担，最高分辨率优于0.7m；雷达成像侦察由“雷达成像卫星”（RISAT）系列卫星承担，最高分辨率优于1m。日本部署了由光学成像和雷达成像卫星组成的侦察卫星星座，光学分辨率达到0.4m，雷达分辨率为1m。德国研制的“卢皮合成孔径雷达”（SAR-Lupe）卫星星座，分辨率优于1m。
迄今为止，只有美、俄两国大量部署使用电子侦察卫星、海洋监视卫星、导弹预警卫星。美国主要使用两种轨道的电子侦察卫星，即运行在大椭圆轨道的“折叠椅”（Jumpseat）卫星和定点在同步轨道上的“大酒瓶”（Magnum）卫星。俄罗斯使用的是“处女地”（Tselina）电子侦察卫星，每年发射1或2颗。海洋监视卫星大多采用由几颗卫星组网的体制，部署在低地球轨道上覆盖广阔海域，探测和侦察海上活动目标，如美国的“白云”（White Cloud）计划海洋监视卫星和俄罗斯的电子侦察型海洋监视卫星。美国目前使用的导弹预警卫星是第三代“国防支援计划”（Defense Support Program，DSP）卫星，对来袭的洲际弹道导弹和潜射弹道导弹可分别提供25～30min和10～15min的预警时间。美国正在部署的“天基红外系统”（Space Based Infrared System，SBIRS）预警卫星逐步取代DSP预警卫星，可提供更长的预警时间和更高的导弹落点预报精度。俄罗斯使用运行在大椭圆轨道和同步轨道的两种类型预警卫星，对洲际弹道导弹的预警能力与美国现有的预警能力相当。为了从空间探测核爆炸，美国曾在20世纪60年代到70年代发射过Vela系列核爆炸探测卫星，之后就没有发射专用的核爆炸探测卫星，而是把核爆炸探测设备搭载在预警卫星或导航卫星上。此外，法国、日本和印度也在研究和发展空间电子侦察技术。
（2）通信卫星
美国建立了世界上最庞大的军用通信卫星系统，包括舰队卫星通信（Fleet Satellite Com-munication，FLTSATCOM）系统、特高频后继（UHF Follow-on UFO）卫星系统、卫星数据系统（Satellite Data System，SDS）、国防卫星通信系统（Defense Satellite Communication Sys-tem，DSCS）、“军事星”（Milstar）通信卫星系统和跟踪和数据中继卫星系统（Tracking and Data Relay Satellite System，TDRSS）等。这些卫星通信系统所承担的主要任务各不相同，有的为某一军种或各军种提供战术通信，有的为国防部和国家指挥当局提供战略通信。TDRSS则用于为成像侦察卫星转发数据，确保不管卫星处在任何位置，美国的军事和情报部门都能近实时地得到侦察卫星所获得的情报。
俄罗斯的军用通信广播卫星主要有“闪电-Ⅰ”型和“闪电-Ⅲ”型卫星系统、“宇宙”通信卫星系统、“急流”卫星通信系统，以及“虹”“地平线”“荧光屏”通信广播卫星系统等。其中，“闪电-Ⅰ”型和“闪电-Ⅲ”型卫星系统用于战略通信；“宇宙”通信卫星系统包括用于舰艇、飞机与军事基地间的战术通信卫星系统和与特定用户远距离通信的转储型卫星系统；“急流”卫星通信系统用于为俄侦察卫星提供数据中继。
北约拥有“纳托”（NATO）系列军用通信卫星系统。英国拥有“天网”（Skyne）系列军用通信卫星系统。法国拥有“锡拉库萨”（Syracuse）军用通信卫星系统。
（3）导航定位卫星
目前，全球只有美国、俄罗斯、我国、欧洲具有独立发展全球卫星导航定位系统的能力。其中，美国的GPS和俄罗斯的GLONASS于20世纪90年代中期完成部署，是世界上广泛应用的两种现役全球卫星导航系统，既提供军事服务，也为民用、商用和科学用户提供服务。伽利略系统是欧洲独立发展的全球导航定位系统，目前与GPS性能水平相当。上述系统均采用时间测距导航原理，其中美国GPS的定位精度可达3m，测速精度为0.2m/s，授时精度为20ns；俄罗斯GLONASS的定位精度可达5m，测速精度为0.2m/s，授时精度为30ns。日本、印度也正在发展自主的区域卫星导航系统。其中，印度区域导航卫星系统（IRNSS）服务于印度及其周边区域，定位精度达20m；日本的准天顶卫星系统（QZSS）既提供自主导航服务，又提供GPS增强服务，是区域导航与导航增强的结合性系统。
（4）气象与测绘卫星
目前，美国、俄罗斯、欧洲航天局、日本和印度等都有自己的气象卫星系统，均可为军队提供气象服务。美国国防部还拥有专门的军用气象卫星，即“国防气象卫星计划”（Defense Meteoroogical Satellite Program，DMSP）卫星。早期，美国、苏联和法国曾先后发射过测地卫星，目前已经不再发射专用的测地卫星，一些成像卫星和导航卫星也可以用于完成测地任务。美国国防部在2002年2月曾利用航天飞机搭载合成孔径雷达对全球70%的陆地表面进行了三维高精度数字地形测绘。这些数据具有极其重要的军事价值，特别是对提高精确制导武器的精度具有重要作用。
（5）天基武器系统
拥有从地球轨道上攻击地面、水上、空中和外层空间目标的能力，一直是美国、苏联/俄罗斯发展和应用航天技术的一个目标。两国曾相继提出多种天基武器系统概念或方案，如“轨道轰炸器”“部分轨道轰炸器”、天雷、天基反导武器、反卫星卫星等。当时，苏联还对“部分轨道轰炸器”进行过多次试验。20世纪90年代中期以来，美国国防部提出控制外层空间的思想。实际上，美国航天飞机已经具备利用遥控机械臂或航天员直接破坏、俘获敌方某些低地球轨道卫星的能力。
20世纪以来，人造地球卫星在高技术局部战争中发挥了越来越重要的作用，引起世界各国的高度关注，并呈现出如下发展趋势：一是活动范围不断向深空和近空间拓展，运行轨道多样化，飞行任务更加复杂；二是应用领域日益广泛，应用程度不断深入，从利用空间发展到控制空间，从战略应用延伸到战术应用；三是网络化、集成化趋势明显，部署在不同轨道、执行不同任务的卫星及地面系统构成天地一体化的信息化网络；四是系统的快速响应能力和对抗条件下的生存能力进一步增强；五是军用小卫星将成为军用卫星的一支生力军；六是军用、民用和商用卫星综合使用。
未来，侦察卫星成像监视将会向着高空间分辨率、高时间分辨率和高光谱分辨率发展，瞬时成像幅宽不断增大，动目标监测能力不断增强；电子侦察的工作波段越来越宽，测向定位精度越来越高，能够侦收和识别越来越复杂的无线电信号。
通信卫星的工作范围将会更广，除了下达作战命令、战况报告、后勤保障等的电报电话，还将包括卫星云图、卫星气象、卫星侦察照片、多光谱遥感图像、数字地图等的数据和图像传输；通信容量将会更大，以应对未来战场千变万化的作战环境；同时，还将会普遍采用高数据率通信、宽带通信和调频技术，从而提高抗干扰和生存能力。
未来，导航卫星的定位、定时精度将会在米和纳秒基础上进一步提升，导航范围将覆盖全球地面、空中及部分临空区域，达到全球全域覆盖。
预警卫星将进一步改进星载红外敏感器，包括高轨卫星采用的扫描/凝视敏感器和低轨卫星采用的捕获/跟踪敏感器；在保持对战略导弹预警能力的基础上，扩展对战术导弹的预警能力，并具备同时发现跟踪战略、战术导弹的能力。预警卫星系统将增加星座数量，改进敏感器的预警范围，通过增加大椭圆轨道卫星来确保全球尤其是两极地区的导弹预警能力，通过增加同步轨道卫星来增强重点区域的导弹预警能力。未来，预警卫星系统还将采用复合型星座配置，结合改进后的红外敏感器，提高对各种导弹的发现能力，扩展跟踪导弹弹道的范围，增强飞行中段跟踪能力，实现对导弹发射全过程的监视与预警。
军用气象测绘等卫星的环境探测手段日益多样，信息要素日趋精准、完备；天基动能定向能等武器将更加机动灵活、反应迅速、低成本、高可靠和强突防。