航天飞机轨道器是NASA的航天飞机计划下的宇宙飞船。 每个轨道器既是可重用的空天飞机，火箭，航天器，也是飞机。轨道器可将乘员和载荷送往地球轨道，进入在轨运行，并重返大气层，最后滑翔降落，将乘员和某些载荷送回地球。
除了乘员和载荷，轨道器最重部分是推进系统。但三台主发动机的推进剂来自外部不可重用的外储箱，两台固体助推器在上升段前两分钟内提供辅助推力。
轨道器类似于一架双三角翼飞机，机翼前缘内侧后掠81°，外侧后掠45°。垂直安定面后掠45°。机翼尾缘有四个升降副翼。垂直安定面尾缘上的舵/减速器和襟翼控制轨道器的返回和着陆。尺寸约等于麦道的DC-9。
轨道器成员舱由三部分组成：飞行甲板，中层甲板，生活区。最上面是飞行甲板，有供机长和驾驶员坐的位置，其后是两名任务专家。中层甲板在飞行甲板之下，多出三个座椅供其余乘员坐。食物舱，厕所，睡眠设备，储存室以及供乘员出入轨道器的侧舱门都在中层甲板。一侧还有气阀舱门，气阀舱另一端通向载荷舱，可容许两名航天员在其中更换舱外活动装置(EMU)，减压后进行空间行走。
轨道器中段是一个60×15 英尺 (18 m ×4.6 m) 的载荷舱，载荷舱门的内侧装有散热器，因此轨道器在轨时，舱门保持开放状态。调整轨道器相对于太阳和地球的位置也是一种热控制措施。载荷舱内有遥控机械手系统（别名Canadarm），用于取放和展开载荷。哥伦比亚号事故之前，机械臂只在有任务要求时使用，而从那以后，机械臂担负起每次在轨飞行检查轨道器隔热系统的重任。载荷舱下部有三块燃料电池，它们消耗轨道器上的液氢和液氧，提供从起飞到着落的电能。
三台航天飞机主发动机（SSME）呈三角形安置在轨道器机尾，主发动机可向上旋转10.5°，向下旋转8.5°，起到在上升段改变推力方向，引导航天飞机的作用。机尾还有三套由联氨驱动涡轮泵工作的辅助动力系统，该系统输出液压，转动主发动机，控制气动舵面，展开起落架。
两个轨道机动系统（OMS）推力器安装在机尾两个独立舱内，分置垂直安定面两侧。轨道机动系统为粗略轨道机动提供主推力，包括：入轨，轨道圆化，轨道转移，轨道集合，离轨，异常机动模式。.
反推力系统(RCS)由44个小推力器组成，在入轨，在轨和再入时为轨道器提供姿态控制，绕轴旋转和平移动力。前部RCS位于端头罩附近，由12个主推力器和2个微调推力器组成。尾部RCS在轨道机动推力器舱内，也含12个主推力器，2个微调推力器。反推力系统为轨道器靠近，停靠和离开国际空间站提供位移微调。
隔热系统(TPS)覆盖在轨道器外表面，保护轨道器可经受在空间中最低-121 °C (-250 °F)至再入时最高1649 °C (3000 °F)。
轨道器主体结构由铝合金制成，发动机受力结构由钛合金制成。舷窗由硅酸铝和融化石英制成，中间夹有7.6厘米厚的透明气压层，外部还是隔热层。 舷窗上的色彩采用了和联邦储备券（即美元）相同的油墨。.
轨道器着陆时没有防撞闪光灯，着陆灯和导航灯。但跑道被地面聚光灯照明。
(数据来自奋进号, OV-105)
每个轨道器都有类似给船舶命名的方式所确定的“名称”，也有根据NASA轨道器命名系统而确定的“编号”。尽管各个轨道器外观极为相似，它们内部却有细小区别，比如维护时安装一些新设备，制造较晚的结构重量较轻。
除了用于测试和实际飞行的轨道器，美国各地还陈列有轨道器的实体模型：
× 已损毁
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