חלליות שוגרו לחלל החל מהמחצית השנייה של המאה ה־20, שהראשונה בהן הייתה הלוויין הסובייטיספוטניק 1 ששוגר ב־4 באוקטובר1957. ב־12 באפריל1961 שוגרה לראשונה חללית שנשאה אדם לחלל,ווסטוק 1 שנשאה אתיורי גגארין. רוב החלליות נועדו לבצע משימה יחידה.
דוגמה לחלליות שנועדו לבצע מספר רב של משימות הייתהמעבורת חלל. ארצות הברית פיתחה צי של 5 מעבורות חלל שביצעו מאז 1981 למעלה מ־120משימות. עם זאת, גישה זו ניטשה עקב עלותה הגבוהה, וב־2011 הסתיימה תוכנית מעבורת החלל. החלליתאוריון צפויה להחליף את מעבורות החלל.
חללית משוגרת לרוב באמצעותמשגר בעלמנוע רקטי. השיגור עצמו מתבצע מכן שיגור. בדרך כלל, המשגר מורכב ממספר שלבים כדי להקטין אתמסתו ככל שהשיגור מתקדם, ולאפשר האצת הטיל למהירות הנדרשת ממנו. ברוב המקרים יש למשגר יש שלושה שלבים. השלבים שסיימו את פעולתם מנותקים מהמשגר ונופלים.
סיפורי וסרטימדע בדיוני רבים מזכירים את החלליות ככלי התחבורה העיקרי בחלל. עד המחצית השנייה שלהמאה ה־20 האפשרות לשגר אדם אל החלל החיצון הייתה בגדר מדע בדיוני. במחצית השנייה שלהמאה ה־19, ספרו שלז'ול ורן "מהארץ לירח" נחשב בעת כתיבתו לנועז במיוחד. ייחודו של הספר הוא בשילוב הטכנולוגיה באמצעות תיאור מדויק של שיגור החללית באמצעות תותח ענק, זאת בניגוד לסיפורי הרפתקאות אחרים, שם הגיעו לירח בכוחן של ציפורים, או בדרכים שנותרו עלומות.
במחצית השנייה של המאה ה־20 החל המין האנושי לעשות את צעדיו הראשונים להגשמת החלום של כיבוש החלל. מדעני טילים וחלל כמוציולקובסקי,גודרד ופון־בראון, שפעלו במחצית הראשונה שלהמאה ה־20, תכננו טילים ורקטות שסללו את הדרך לשיגור לחלל, המפורסם מביניהם: ה־V-2 של פון בראון.
התוכנית לשיגורו של אדם לחלל התנהלה בשני מסלולים מקבילים: תוכנית החלל הרוסית ותוכנית החלל האמריקאית. המרוץ לשיגורו של אדם לחלל הסתיים, ב־12 באפריל1961, בניצחונה שלברית המועצות, עם שיגורה של חללית ובה הקוסמונאוטיורי גגארין, שהיה לאדם הראשון בחלל. כיום, תאריך זה מצוין כיוםחג ברוסיה ובמדינות נוספות. כעבור פחות מחודש, ב־5 במאי 1961, שיגרהארצות הברית לחלל את האסטרונאוט הראשון שלה,אלן שפארד.סין הצטרפה למועדון המצומצם של המדינות המסוגלות לשגר חלליות מאוישות ב־15 באוקטובר2003, עם שיגורו שליאנג ליוויי על גבי השנג'ואו 5.
ב־1981 נעשתה הטיסה הראשונה שלמעבורת חלל, טיסה שלמעבורת החלל קולומביה במשימהSTS-1. עד 1991 פיתחה ארצות הברית צי של 5 מעבורות חלל שביצעו למעלה מ־120משימות. הרוסים פיתחו מעבורת בשם "בוראן", אך זו עשתה שני סיבובים בלתי מאוישים סביב כדור הארץ בלבד. תוכנית החלל המאוישת של ארצות הברית התבססה על מעבורות החלל מאז המצאתן. לעומתה, ברית המועצות ובהמשך רוסיה ביססו את תוכנית החלל המאוישת עלסויוז, חללית חד פעמית שבאמצעותה שוגרו יותר משימות חלל אנושיות מאשר כל חללית אחרת.
תנאיחוסר המשקל בחלליות מאוישות, כגוןתחנות חלל ומעבורות חלל, מחייבים פיקוח צמוד על תגובותיהם הגופניות והנפשיות של האסטרונאוטים, בעת הטיסה ואחריה. חלליות שמאפשרות לאנשים חיים להיות בהן מכילות מכשור רב הדואג לצורכיהם של החיים בהן, זה כולל מכשור השומר על לחץ אוויר תקין בחללית, ציוד השומר עלטמפרטורה,בית שימוש, וציוד נוסף השומר על תנאים נוספים.
גשושית היא חללית קטנה בלתי מאוישת המשוגרת לחלל כדי לחקור אתהירח,כוכבי לכת וגופים אחרים במערכת השמש. הגשושית משדרת מידע, נתונים ואף תמונות לתחנה שמתפעלת אותה מפני הקרקע בכדור הארץ, זאת בניגוד לחלליות אחרות שאוספות ממצאים שניתן לתחקר רק לאחר שהחללית חוזרת לכדור הארץ ומשלימה את משימה. גשושיות פותחו בין היתר על ידיסוכנויות החלל שלארצות הברית,רוסיה וברית המועצות לשעבר,האיחוד האירופי,יפן,סין,ישראל והודו.
