中国科学院是中国载人航天工程的三大发起部门之一，在工程立项之初即牵头负责空间应用系统，同时承担工程其他系统的多项协作配套任务。

作为中国载人航天工程八大系统之一，空间应用系统的主要任务是利用载人飞船的空间实验支持能力开展各项科学实验和应用研究，具有很强的实用性，与人们的生活、环境息息相关，是中国在空间科学与应用领域涉及学科领域最宽、规模最大、内容最丰富的研究活动。载人航天工程一期应用系统包括27项254件装船有效载荷及有效载荷中心和空间环境预报中心，在对地观测、地球环境监测、空间天文、空间环境、空间生命科学、空间材料科学和微重力流体物理实验等多个领域开展了大量的实验和研究工作，取得了丰硕的成果，是中国在空间科学与应用领域涉及学科领域最宽、规模最大、内容最丰富的研究活动。

1993年，中科院党组决定组建“中国科学院空间科学与应用总体部”（以下简称总体部）非法人单元，负责空间应用系统工程组织管理及总体技术研究。1993年至2003年，总体部挂靠空间科学与应用研究中心，独立运行。2003年至2010年，总体部挂靠光电研究院，独立运行。20年来，总体部有效组织全国众多承研单位，充分利用“神舟”系列飞船以及“天宫一号”空间实验室的实（试）验支持能力开展了一大批空间科学与应用项目，研制的众多有效载荷产品圆满完成了历次飞行试验任务。同时在地球环境监测、空间天文、空间生命、空间材料、空间环境监测与预报、微重力流体物理等空间科学领域取得一大批具有重大价值的空间科学与应用成果。众多技术与成果在相关业务卫星中得到了推广应用，极大地提升了我国空间科学发展水平，为我国经济建设、科技发展、国家安全、社会进步作出了积极贡献。

2010年11月，中科院党组决定在总体部的基础上成立中国科学院空间应用工程与技术中心（筹）。中心代表中国科学院牵头负责载人航天等重大科技应用系统方面的总体管理和技术集成。具体包括组织协调相关科研力量，开展空间应用系统的战略研究、总体规划、系统总体设计、总体计划与管理、系统总体集成、系统总体测试、总体支撑保障、在轨运行和应用等工作。同时中心还负责协助管理中科院承担的载人航天工程各大系统协作配套任务。2012年8月，该中心获中央机构编制委员会办公室批复同意成立，成为中科院唯一以组织完成国家重大科技专项工程任务而建立的研究所。