Les principals funcions de l’EEI són de tipus científic, aprofitant al màxim les especials condicions de l’espai exterior. Anomenada inicialment Freedom, fou un projecte impulsat el 1984 pels Estats Units amb la col·laboració d’alguns estats del bloc occidental. Amb la incorporació de Rússia (1994) rebé el nom actual, bé que els EUA en són els principals contribuents (prop de dues terceres parts) i concentren els sistemes de comunicació i control, i també les bases de dades. A més de Rússia, hi participen el Canadà, el Japó, el Brasil i alguns països de la Unió Europea a través de l’Agència Espacial Europea (ESA), cosa que suma un total de setze estats participants en el projecte. Les organitzacions que el duen a terme són la NASA, Roscosmos (Agència Espacial Federal Russa), JAXA (Agència Japonesa d’Exploració Aerospacial), l’Agència Espacial Europea (ESA) i l’Agència Espacial Canadenca (CSA). El 1995 començà la primera fase de preparació del projecte a partir de viatges de la llançadora espacial i experiències a l’estació Mir. La Xina, que en sol·licità l’ingrés, és exclosa com a soci permanent de l’EEI a causa de les reticències dels Estats Units, tot i col·laborar-hi puntualment. L’any 2011 la Xina llançà la primera estació espacial, la Tiangong 1, que orbità la Terra fins el 2018. De caràcter experimental, com la Tiangong 2 (en òrbita des del 2016), forma part del Projecte 921-2, que ha de culminar amb una gran estació orbital xinesa de caràcter permanent.
El mòdul central de l’EEI (Zar’a, de fabricació russa), per a la propulsió i el comandament, fou posat en òrbita el 20 de novembre de 1998, i a partir d’aquest primer element hom anà acoblant diferents mòduls. Els més importants són el node Unity (desembre del 1998), de fabricació nord-americana, per a la connexió, amb sis ports; el mòdul de servei Zvezda, per a l’allotjament de la tripulació (2000), de fabricació russa; el braç robòtic canadenc Canadarm2 (2001); el laboratori europeu Columbus i el japonès Kibo (2008); el mòdul d’acoblament rus Poisk (2009); el node Tranquility, de l’Agència Espacial Europea i l’Agència Italiana de l’Espai, i el nord-americà Leonardo (2011), que regulen les condicions d’habitabilitat de l’EEI; el mòdul de càrrega i descàrrega rus Rassvet (2010), i el Mòdul d’Acoblament Internacional (International Docking Adapter, 2016). D’altra banda, l’estructura de panells de cèl·lules solars que donen energia a l’estació quedà completada el 2009, amb un total de vuit panells. El novembre del 2000 hom donà per acabada la posada en funcionament de l’EEI amb l’arribada de la primera tripulació estable (31 d’octubre), i des d’aleshores ha esdevingut, amb diferència, el giny espacial tripulat de manera contínua durant més temps: 22 anys i més de 60 expedicions fins a mitjan 2020. Des del 2000 fins a mitjan 2020, 355 astronautes hi han dut a terme estades, molts d’ells més d’una vegada. Fins aquesta data, l’estada més llarga ha estat duta a terme per l’astronauta nord-americana Peggy Whitson (655 dies). La gran majoria d’astronautes són nord-americans i russos, i molt per darrere hi ha japonesos, canadencs, alemanys, francesos i italians. Malgrat que des del 2007 hom ha posposat repetidament el llançament del laboratori multifunció Nauka, pel maig del 2011 hom considerà finalitzada la construcció de l’EEI amb l’acoblament del darrer gran component.
Des d’aquest any, l’estació completa consta d’un mòdul central de 109 m de llargada i sis mòduls de laboratori. L’EEI pot acoblar fins a sis naus espacials simultàniament. Amb un pes de gairebé 420 tones i una longitud total de poc més de 108 m, és el giny espacial més gran mai construït i, després de la Lluna, és l’objecte més brillant percebut a la volta del cel des de la Terra. Orbita al voltant de la Terra a uns 400 km i a una velocitat de 8 km per segon, i en completa una volta cada 90 minuts (16 òrbites a la Terra cada 24 hores). En la trajectòria orbital sobrevola el 90% de les regions habitades de la Terra.
L’any 2003, els elevats costos i la destrucció en un accident del transbordador espacial Columbia comportaren que es paralitzessin els treballs a l’EEI, i durant dos anys la participació dels EUA restà en suspens, cosa que posà en perill tot el projecte. El nombre de tripulants de llarga durada (previst en un màxim de sis) fou reduït dràsticament, com també l’enviament de naus d’abastament. Amb la finalització l’any 2011 dels vols de la llançadora espacial, les naus russes Sojuz dugueren a terme aquesta funció al llarg de la dècada de manera exclusiva. L’any 2012, contractada per la NASA, SpaceX fou la primera companyia privada a enviar una càpsula a l’Estació Espacial Internacional i, el maig del 2020, a enviar-hi un vol tripulat amb dos astronautes. Aquestes missions significaren la cessió gradual de les operacions rutinàries de transport entre la Terra i l’EEI a SpaceX, amb la qual cosa anà minvant gradualment la dependència de les Sojuz.