航天器控制系统工作时间长，精度要求高，环境特殊，并受重量和能量消耗等条件的限制，在系统结构上与运载火箭的控制系统有较大差别。航天器控制系统的元部件，除惯性器件、喷气执行机构、中间线路、控制计算机外，还有太阳敏感器、
地球敏感器、恒星敏感器等光学敏感器以及能长期工作的低推力推进器、角动量存贮装置等。
控制航天器轨道和姿态的整套设备。航天器控制包括姿态控制（见航天器姿态控制）和轨道控制（见航天器轨道控制）。早期的
人造地球卫星大多采用自旋稳定和重力梯度稳定的被动姿态控制方法。后来逐步演变到采用既有姿态控制能力又有轨道控制能力的主动控制系统。三轴姿态控制系统已在对地观测卫星、通信卫星、载人飞船和航天飞机上成功地应用。
阿波罗号飞船登月飞行和航天器之间的交会和对接成功表明航天器的控制技术进入了新阶段。
航天器是一个有交叉耦合的多自由度（即多个状态变量）的系统，各种测量值和系统状态又是间接相关的，在系统和测量中存在各种干扰因素。为了解决这些复杂的控制问题，从50年代开始，逐渐建立起一套比较完整的现代控制理论，包括多变量控制、统计滤波、最优控制和随机控制等，从而使航天器控制系统的设计有了理论依据。航天飞机在轨道上释放、回收和修理卫星需要各种机械臂或机器人参加工作。这些装置由航天员操纵，它们自身也都配有相应的控制系统和视觉与力觉反馈系统。航天员在舱外活动时乘坐的机动飞行装置也有一个控制系统，航天员可通过手控喷气推进器来实现空间机动。
未来的航天站将由航天飞机运送各种模块组装而成，有许多设备需要进行控制。航天站上各种挠性体的稳定、站上各种观测仪器的定向控制以及航天飞机与航天站停靠引起的扰动力矩等，要求航天站有一个多级的和分布式的控制系统。航天站的系统结构和控制可以在轨道上经常改变，因此它的控制系统必须具有自适应的能力。航天站在释放和回收航天器时，这些航天器的控制必须与航天站的控制互相协调，使航天站受到的扰动最小。