猎户座飞船（Orion）由美国国家航空航天局NASA主导，洛克希德-马丁公司研制，欧洲航天局负责服务舱研制。飞船原是NASA“星座”计划中的关键组成部分，随着“星座”计划中止而重新调整，目前已成为“阿尔忒弥斯”计划的关键。
猎户座飞船是新一代载人太空船，是美国火星载人登陆计划的主要载体，在2014年12月5日完成首次无人飞行，原计划于2018年进行绕月飞行。
2016年9月10日，美国国家航空航天局（NASA）的官员表示，该机构下一代载人太空船“猎户座（Orion）”的研制工作正在有条不紊地进行，在2018年执行飞往月球背面的无人测试任务——“探索任务-1（EM-1）”，为之后的载人航天任务做准备。此后，任务因各种原因不断延期。
2022年10月1日，美国国家航空航天局（NASA）发布消息称，其计划于11月12日至27日在“阿尔忒弥斯1号”探月任务框架内再次尝试发射“猎户座”飞船。
航天飞机是一种重要的运载工具，但机群却在不断老化，其运行成本也在不断飚升。哥伦比亚号航天飞机因泡沫绝缘材料问题导致的事故，更是引发了公众对于航天飞机安全性的怀疑。从设计思想上来说，航天飞机的重复使用、货运和载人任务结合、航空与航天任务结合这些特点，从根本上导致了航天成本和系统复杂性的提升，并间接限制了航天飞机的安全性和使用效率。为此NASA中止了所有航天飞机的飞行任务。NASA需要一种飞行器，以便将宇航员和载运物送往地球轨道、月球和火星。为开展未来的太空探索活动，NASA正在设计一种新型飞行器。
“载人探索飞行器”（Crew Exploration Vehicle，CEV）原本是美国国家航空航天局所预定的名字，并打算在2006年8月31日公布。可惜在2006年8月22日之前，国际太空站上的美国宇航员杰夫·威廉斯对地球无线电通话时无意中说溜了嘴，提到了美国国家航空航天局刚刚选定的最后名称猎户座，消息很快传播开来。因此，美国国家航空航天局只得在2006年8月22日正式公布猎户座这个名字。
该名称来自于猎户座，而猎户座是天空中最明亮的星座之一，也是大家十分熟悉而且极易辨认的星座。而该代号也曾用在约翰·杨和查尔斯·杜克所乘坐过的阿波罗16号的登月舱，该登月舱在1972年4月的时候降落在月球的表面。
猎户座飞船，是NASA的新型宇宙飞船。是由洛克希德·马丁公司负责设计和建造的飞船。实际上由两个飞行器构成，它们分别是：载人探测飞船(CEV)和货物运载火箭(CLV)。猎户座飞船内部空间比阿波罗飞船大2.5倍，最多可容纳6名宇航员。
猎户座由服务舱、乘员舱、发射中止系统（LAS，也叫异常中断系统，或逃逸塔）以及飞船适配器组成，重约23吨，直径约5米。其加压舱容积约为19.5立方米，可居住容积8.9立方米。除了增大了直径以外，猎户座增大内部可用空间的措施之一是使用了更少的仪表盘（10个左右）。
相比阿波罗飞船，猎户座的指令舱虽然与之相似，但明显更大、更壮，其舱内空间比阿波罗指令舱大1倍。在技术性能上，它也比阿波罗有大幅度提高，分系统和元件采用许多创新技术。猎户座采用太阳能电池翼供电，所以功率大，行动时间长，而阿波罗飞船只能由燃料电池短期供电。猎户座拥有世界上最大的防热罩，它采用先进耐高温复合材料，由数十万个蜂窝结构组成，可以有效阻绝飞船以26马赫速度接近地球大气层时，飞船表面高达1763℃的高温。每次返回地面后隔热罩还可以替换。
由于猎户座是一种多用途飞船，其飞行范围要达到超出月球至更远，所以飞船内的航天员面临更强的宇宙辐射，因此猎户座飞船上的辐射屏蔽系统也是一大关键性的分系统。该飞船上的中央计算机为飞船的大脑，是同类飞船中最先进的，每秒处理的指令数量可达到4.8亿条，这是国际空间站的25倍，航天飞机的400倍，阿波罗飞船的4000倍。该中央计算机还能抵抗极端的高温和寒冷环境，以及严重的辐射甚至是振动环境，其重启的时间只需15秒。安全性较航天飞机提高了10倍，是猎户座的又一特征，这大大增强航天员生存的机会。主要是因为发射时猎户座与火箭串联在一起，并具备逃逸装置—发射中止系统。发射中止系统是宇宙飞船进入发射程序后的一道关键性安全设计，当猎户座进入发射持续后，如果需要紧急中止发射，那么就要启动以毫秒为单位的发射中止系统，在紧急情况下可以激活乘员舱并启动逃生程序，通过小型火箭让乘员舱脱离火箭。
猎户座驾驶舱是航天器特色之一。两种方案——往返空间站的6座位式和执行月球任务的4人式——都在设计中，座位采用可折叠的金属构架形式，以牢固的带子连接。这种设计可以保证着陆期间如果缺失2个降落伞（共4个）乘员仍是安全的，还可以在太空舱着陆后侧翻的情况下保证宇航员的安全。
登陆舱与阿波罗登月舱相比大很多，可以携带重量高达23吨的载筹抵达月球表面，甚至比整个阿波罗登月舱还要重。这么大载筹重量，甚至可以用于支持长期有人照料的月球基地。这一大载筹的特性，对于运送大量物资和科研设备至月球表面基地来说，是非常有意义的。
和阿波罗登月舱一样，猎户座的登月舱也包含降落和起飞两个过程。在起飞阶段，登月舱可以承载4人至环月轨道。按照原来的计划，登月舱应当使用使用甲烷-氧气燃料作为推进剂。在这一个基础上，还会衍生出结构近似的，用于火星任务的着陆器。选用甲烷作为燃料的一个重要原因是，它可以通过应用原位资源利用的理论方法在火星土壤中获得，而无需从地球运送过去。但由于该型推进系统仍然处于雏形阶段，为了避免因此拖后登月计划的整体进度而改为使用液氧-液氢燃料。
猎户座的返回舱重达12吨，这几乎是阿波罗指令舱的两倍。和阿波罗指令舱一样，它也可以与一个服务模块连接，以提供诸如生命维持以及飞船推进等功能。需要特别说明的是，它的烧蚀式隔热盾在每次使用之后便会抛弃，这与阿波罗的设计类似，而返回舱本身则可以重复使用大约10次。
逃逸塔是载人探测飞船的独特部件之一，它是一种小型火箭，能在发射失败时将指令舱推离助推火箭。这种机制要比航天飞机的中止程序更安全。
“猎户座”太空舱直径约5米，总重量约25吨。是“阿波罗”可居住空间的2.5倍。设计的“猎户座”至少有两个窗口（驾驶员和指令长的座椅旁边各有一个），和一个舱门。与“阿波罗”类似，“猎户座”的入口舱门在其侧面，对接通道在其顶端（用与空间站或登月载具对接）。猎户座飞船上的载人舱也采用了锥形结构，比航天飞机的外形更符合空气动力学原理。
载人探测飞船的服务舱也采用圆柱形外观。承载主推进系统、动力系统和飞行姿态控制系统。飞行姿态是指飞船在空间（x、y、z方向，或者俯仰、滚转和偏航轴）中的定向方式。“猎户座”飞船则采用反推力控制推进器来控制飞行姿态，这些推进器分别安装在飞船的头部和尾部。在飞行中，服务舱覆盖并保护载人探测飞船载人舱的隔热层，同时为飞船提供电力、推进力和飞行姿态控制。服务舱在飞船重返大气层之前被抛弃。
服务舱的一些特点包括：
（1）单发动机推进，使用甲烷/氧燃料，其效率稍高于阿波罗号飞船服务舱使用的自燃燃料混合物（肼/四氧化氮）。与肼/四氧化氮相比，甲烷/氧燃料具有更高的比冲（单位重量推进剂产生的冲量），这意味着当推进燃料质量相同时，其燃烧时间更长，并能带来更高的速度。将来，人类有可能会利用月球和火星上的原料来制造甲烷，为这种类型的飞船提供燃料。
（2）更大的载油量使选择不同的月球轨道和着陆点成为可能。
（3）除燃料电池提供的能源外，飞船上的太阳能电池板也能发电并提供补充能源。
（4）含有液态氨或水/乙二醇混合物的导管将热量传递给散热器，以便将其散发到太空中。在外太空，有阳光照射的区域和没有阳光照射的区域温差大概有204摄氏度。这种受热不均现象会使飞船结构中的金属产生热应力。为了抵消这一效应，阿波罗号飞船在飞往月球时，采用绕轴旋转的方法，确保太阳射线能够均匀照射飞船的各个部分（“烧烤棍滚动操纵法”）。预计载人探测飞船也会采用相同的方法。
（5）采用转向推进器控制飞行姿态，与阿波罗号飞船类似。
猎户座贮藏舱是沿着“猎户座”地板的内壁，正对着主窗的空间用来放置电子设备、生活用品及计算机设备，剩余的空间可自由使用。“猎户座”与NASA过去的载人飞船不同的一个特点是增加了两个太阳能电池帆板。
火箭助推器载人探测飞船送入地球轨道，货物运载火箭将负责运载重型载运物，比如登月车、月球中转站和空间站部件。如有必要，货物运载火箭也可以运送人员。
载人探测飞船助推器的第一级是战神I型固体火箭推进器(SRB)，类似于航天飞机所采用的火箭推进器。第二级为单台航天飞机发动机，由液氢罐和液氧罐提供燃料。前两级火箭都无法回收或重新使用（而航天飞机的固体火箭推进器则可以回收再利用）。载人探测飞船的发射助推器只负责运载宇航员，而不运载沉重的载运物。因此，载人探测飞船的助推器可以比阿波罗号飞船和航天飞机的助推器小。载人太空探索需要将宇航员和载运物都送入太空轨道。以往的飞行器都是使用同一个火箭来运载人和物，但载人探测飞船将这些功能分开。
可运送重型载运物，必要时还能搭载宇航员，由两级组成：
（1）第一级有5台以液氢和液氧为燃料的主发动机（称为战神V型火箭）。
（2）第二级为一台航天飞机主发动机或一台阿波罗号飞船所采用的J-2型发动机，它们都采用液氢和液氧作为燃料。
猎户座飞船的外貌与阿波罗飞船相似，乘员舱生产调试中飞船并没有机翼和尾翼，不再像航天飞机那样通过滑翔方式返回地球，而是像飞船那样通过降落伞降落，因而不需要复杂的气动外形和防热系统，可提高返回时的安全性。猎户座的外壳类型和阿波罗号的相似，而隔热盾则与海盗号类似，这和航天飞机这种带有机翼的升力体结构完全不同。
猎户座飞船，融入了电脑、电子、维生系统、推进系统及热防护系统等领域的诸多最新技术。同航天飞机比，奥赖恩的使用成本更加低廉，安全系数也提高10倍，而且与航天飞机一样可以回收再用。这种飞船比阿波罗号飞船以及航天飞机上的更为先进。“猎户座”飞船采用经过阿波罗号飞船和各项航天飞机计划验证过的可靠技术。这种飞船适合进行长期太空探索活动，并且更加安全，功能也更为齐备。
设置有逃逸塔系统，一旦在发射时出现故障，引发燃料爆炸，可迅速将飞行器分离出去，通过降落伞安全降落。这些措施可使航天飞行事故率从以往航天飞机1/220降低为1/2000，提升了安全系数。借鉴俄罗斯飞船的经验，把人、货分开运输，这样既安全，又经济。
猎户座飞船的载人模块计划由洛克希德·马丁公司建造，可以容纳四至六名机组人员。与之对比，阿波罗飞船的载人模块只能接载三名人员，但航天飞机则可载七名人员。
猎户座飞船“载人及服务模块”（CSM）的结构包括两个主要的部分：一个圆锥形的载人舱，以及一个圆柱形的服务舱。后者除了提供飞船的推进动力之外，还提供额外的供给。这两者都是在1967年至1975年执行任务的阿波罗号飞船命令及服务模块的基础上进行设计的，除此以外，还参考了航天飞机计划中所衍生出来的新型技术。探索系统任务部综合办主任尼尔·伍德沃德认为“使用现有技术和解决方案能降低风险”。
虽然猎户座飞船采用了与六十年代开发的阿波罗飞船相近的设计理念，其载人模块会使用数项较为完善的技术，包括：
“玻璃驾驶舱”数字化控制系统衍生于波音787飞机中的驾驶舱，类似俄罗斯进步号飞船和欧洲自动运载飞船的自动对接系统，该系统允许在紧急情况下由宇航员全权控制。此前的其他美国飞船，如双子座、阿波罗飞船，以及航天飞机等，在进行对接时都需要手动操作。
改进过的废弃物管理设备，包括一个微型野营式马桶，以及一个在航天飞机和国际空间站中已投入使用过的不分性别的“便溺管”。其中航天飞机的“便溺管”系统是基于天空实验室上的系统开发的，而国际空间站的系统则是基于联盟号、礼炮和和平号国际空间站的同类系统。因此，在该飞船中彻底取消遭人恨的“阿波罗袋子”。之所以称为“阿波罗袋子”，是因为阿波罗飞船上的宇航员必须使用这种“设备”。该“设备”其实就是一个开口处有粘性的塑料袋，排便时需要将其粘贴在屁股上，然后再进行排便；
一个氮气/氧气混合空气环境，保持海平面的大气压（101.3kPa），或者稍低（55.2至70.3kPa）；
一个比之前任何载人飞船更加先进的计算机系统。
该模块的另一个特性是可以部分重复使用。美国国家航空航天局计划让每一个该模块可以执行最多10次飞行任务，以便能形成包含载人及无人驾驶的猎户座飞船船队。无论是载人模块还是服务舱，都会使用铝合金来建造。这种材料已被应用于航天飞机的外部燃料箱、德尔塔-4运载火箭以及宇宙神-5运载火箭的建造上。整个模块的隔热方式，和飞船中其它非关键部位如货舱门是一样的，都是用诺梅克斯材料制成的隔热毡进行包裹。可重复利用降落伞是基于阿波罗号及航天飞机固体助推器的降落伞进行设计的，并同样使用了诺梅克斯布料来制作。猎户座的载人模块只能够通过在水上降落来实现回收，这也是载人飞行任务时唯一可行的在地球上降落的方式。
为了使猎户座飞船能够与国际空间站或者其它星际飞船对接，对接系统采用了新的低冲击对接系统*设计。该设计是航天飞机上所使用的通用对接环的简化版本，有趣的是航天飞机上的这一系统其实是源自于1975年俄罗斯为阿波罗-联盟测试计划而设计的对接系统。飞船及对接接合器均设置了水星号和阿波罗号上所使用的发射逃逸系统*，以及源自阿波罗飞船上的玻璃纤维推进器保护罩。升空过程中的前2%时间内出现问题，这些装置保证载人模块能安全逃逸。
猎户座载人模块的形状与阿波罗号指挥舱类似，是一个顶角为57.5°的圆台体。其投影直径为5.02米，长度为3.3米，重8.5吨。它的总体积会阿波罗号的2.5倍，内部空间容积约为5.9立方米，可承载4至6名宇航员。经过长期的研究，美国国家航空航天局决定选用低密度碳化烧蚀材料（Avcoat）作为重返大气层时的热盾材料。低密度碳化烧蚀材料是由玻璃纤维及酚醛树脂构成的蜂窝结构，其中填充以石英纤维。该材料曾在阿波罗计划中使用，并在航天飞机早期飞行任务中用在了特定的部位。
猎户座发射失败逃逸系统试验品在美国国家航天局兰利研究中心装配完成。
阿连特技术系统公司（ATK）在2008年11月20日成功的进行了第一次发射终止试验。该逃逸系统的引擎能提供2,200千牛的推力，以便在发射场上，或者发射后高度在91公里之前发生紧急情况时进行逃逸动作。这个逃逸测试是该引擎在上述范围内出现的逆向气流范围之内进行的第一次测试。
这一次逃逸点火试验对引擎和其他组件进行了一系列的测试，该测试是为了在2009年春天进行下一个主要的、具有里程碑性质的试验做准备。后者是一次全尺寸的实物模型试验。
2009年3月2日，一个先行制作好的逃逸模块的试验品，从兰利研究中心运往新墨西哥州的白沙导弹靶场进行测试。这一个探路先锋除了含有一个真实的逃逸模块之外，还包括了猎户座的实物大小模型。在导弹八成会制作一个14米高的火箭，以进行第一次发射台终止逃逸试验。
2014年12月5日，美国猎户座载人飞船在经过4.5h的飞行过程后，溅落太平洋，成功完成了首次无人探索飞行试验（EFT-1）任务。NASA局长将此次任务的顺利完成称作“火星时代的第一天”。按计划，猎户座飞船将在2025年前将宇航员送往月球轨道的一颗小行星，并最终在2035年前后实现载人登陆火星任务。
猎户座飞船作为唯一可实现载人火星探测任务的飞行器，虽然外形类似于“阿波罗”飞船，但其电子系统的设计却充分借鉴了近10年来电子系统技术的最新成果，尤其是航空领域综合电子系统的研发成果。系统采用“故障静默”的工作模式，而非传统的拜占庭容错架构，并辅助以自检处理器结构、容错通信网络以及分时分区操作系统技术，使得系统的可靠性和安全性达到航天飞机的10倍以上，为构建未来宇航探索项目的电子系统奠定了基础。
系统选用时间触发以太网（TTE）作为骨干网络，系统各设备与网络交换机进行连接，共包含18块时间触发以太网交换卡及46个终端节点。采用这种交换式的网络结构，使得系统结构扩展灵活，如当有新设备需要接入系统时，只需要将新设备连入交换机即可，其他已连接设备不受任何影响。
TTE网络采用光纤作为传输介质，提供高达12.75Gbit/s的带宽。通信采用时间触发方式，各节点的占用带宽以及传输路径通过预先规划实现通信资源的静态配置。当系统发生故障时，故障设备只影响自身所分配的带宽，而对系统中其它节点没有影响，形成天然的“防火墙”，避免故障扩散而对系统整体造成的灾难性影响，系统可靠性显著增强。与此同时，通过预先分配带宽的方式，实现对系统资源使用情况的提前预估，从而降低了系统集成节点的复杂度。
猎户座飞船的载人舱与阿波罗号飞船有一些相似之处，不少外界人士认为，它深受早期阿波罗飞船的设计思路影响。猎户座飞船与阿波罗飞船相比，有如下特点：
（1）载人探测飞船的载人舱直径更大（为5米，而阿波罗号飞船为1.2米），能搭载更多人和货物。
（2）载人探测飞船尾部的隔热层为烧蚀材料，在飞行中汽化。阿波罗号飞船使用单张多层的尾部隔热板，隔热板的材料为铝和环氧树脂，能够吸收飞船重返大气层时产生的热量并融化。（这种隔热板和指令舱的其他部分一样都只能使用一次。）航天飞机使用陶瓷隔热瓦、隔热毯和增强碳树脂来吸收热量。但是，事实证明这种设计实现起来要比理论上难得多。载人探测飞船的隔热层最多可修复并重复使用10次，从而延长了飞船的设计寿命。
（3）载人探测飞船上的气囊确保飞船既可以在陆地回收，也可以在海上回收。而阿波罗号飞船每次都是在海面着陆并回收的。载人探测飞船位于发射助推器的上方，这样可以避免被掉落的碎片（比如泡沫塑料或冰块）击中。
（4）空间更大，能携带4到6位宇航员，而阿波罗飞船最多只能承载3名宇航员。
（5）装备有太阳能电池板，这大大减少使用燃料电池和普通电池。
（6）既能像阿波罗飞船一样降落于水中，也能依靠降落伞在干燥的沙漠地区着陆。
（7）由高科技合成材料制成，重量显著降低，而具有强大处理能力的电脑令它的“大脑”更发达。
（8）月球巡航速度更快，重返大气层时的速度高达11千米/秒。
（9）猎户座的着陆路方式则被设计为在陆地上着陆，而不是在海上着陆。采用这类着陆方式还包括俄国的联盟号飞船，以及中国的神舟号飞船。不过在紧急情况下，它也可以在水上着陆。已选定的可用着陆点包括加利福尼亚州的爱德华兹空军基地，内华达州的卡森平原，以及华盛顿州的摩西湖市。在西部海岸选择找陆点可以让大部分的着陆路径在太平洋上空，从而避开了人口密集的地区。
猎户座飞船替代航天飞机的计划，并要求现有航天飞机在2010年前退役。美国国家航空航天局进行最后一次航天飞机发射之后，用该飞船来执行载人航天任务。其首次任务被定于在2015年执行，之后用于访问国际空间站。如果商业轨道运输服务出现问题无法使用，则该飞船会替代执行国际空间站的后勤运输任务。此后，猎户座飞船作为载人月球及火星计划中的一个关键装备。
按照计划，猎户座飞船在肯尼迪航天中心的39号发射复合体进行发射。该发射复合体的39A发射台被用于发射航天飞机，而39B则正在进行适应发射战神火箭的改造。发射时飞船与火箭串联在一起，即飞行器在火箭的顶部，而不像航天飞机那样与火箭并联，所以能远离燃烧的发动机和坠落的碎片造成的危险，完全避开泡沫材料脱落的威胁。
NASA希望“猎户座”载人探测飞船成为未来太空探索活动中的多面手。据NASA预计，该载人探测飞船在2014年之前将宇航员送入国际空间站，在2020年之前将宇航员送抵月球，而此后的目标便是火星。
载人探测飞船的主要目标是重返月球。在阿波罗号飞船的设计阶段，关于如何将人类送上月球曾有两种提议：
·地球轨道集合（EOR）——在地球轨道上组装大型探月火箭的部件，然后将其发射到月球。
·月球轨道集合（LOR）——两个小型宇宙飞船（指令/服务舱和登月舱）在月球轨道上会合。
科学家们最终一致认为，在月球轨道集合可以减小更多重力，实现约翰·F·肯尼迪总统提出的10年内将人类送上月球的目标。载人探测飞船重返月球的飞行计划融合了EOR和LOR这两种方案的精髓。
载人探测飞船登月行动建立月球基地，以探索月球并在月球南极寻找水源——水不仅是在月球生存的必需品，而且可以用来制造火箭燃料。此外，在登月行动中，宇航员还测试各种设备和技术，为将来的火星行动做准备。因为月球距地球只有三天的航程，所以从那里执行火星登陆行动更安全、更经济。月球行动中的救援工作与火星相比也更容易。载人探测飞船成为其他外太空载人航天器的设计典范。
NASA希望利用载人探测飞船将宇航员再次送抵月球，并实现人类登陆火星和其他太阳系行星的梦想。
2016年9月10日，美国国家航空航天局（NASA）的官员表示，该机构下一代载人太空船“猎户座（Orion）”的研制工作正在有条不紊地进行，它于2018年执行飞往月球背面的无人测试任务——“探索任务-1（EM-1）”，为之后的载人航天任务做准备。
NASA的官员表示，“猎户座”太空舱硕大的主体结构已基本完工，工程师和技术人员正在安装一些关键系统，比如，用于制造飞船推进设备的金属管和其他液体管线焊接在一起等。“猎户座”太空舱由7个部分组成，每个部分之间都需要精细地焊合。
洛克希德-马丁公司是“猎户座”的主要承包商，来自该公司的KSC操作经理朱勒·施耐德表示，团队预计于2018年2月或3月圆满完成“猎户座”的制造工作，之后，NASA会为2018年10月或11月开始的EM-1任务做准备。
在EM-1任务中，“猎户座”见证NASA迄今最大的火箭“太空发射系统”的处女航，执行飞往月球背面的测试任务。
2022年7月31日消息，NASA阿特米斯一号登月火箭进行最后准备工作，NASA团队正在接近完成太空发射系统（SLS）火箭和猎户座飞船在佛罗里达州肯尼迪航天中心的车辆装配大楼的操作，以便下个月发射。
猎户座飞船原本是NASA“星座计划”中用于接替退役的航天飞机、承担“国际空间站”人员往返运输任务的航天器。2010年奥巴马政府中止了“星座”计划，但猎户座飞船项目因仍能支持实现其载人深空探测目标而得以继续。美国国会也将“航天发射系统”（SLS）与“猎户座”飞船作为NASA载人航天和技术开发计划的最高优先级项目予以保证。
2004年1月14日，时任美国总统的乔治·沃克·布什对外宣布了太空探索远景计划，其中包括了当时被称为“载人探索飞行器”的猎户座飞船，次要目标是在2008年开始开发并测试新一代的航天飞船——载人探索飞行器，然后在2014年之前实施其首次载人航天任务。载人探索飞行器可以替代（业已）退役的航天飞机，将宇航员及科学家运送至空间站中，但其主要目标是将宇航员运送到地球轨道之外的其它地方。
制造猎户座飞船的部分原因是哥伦比亚号航天飞机灾难和之后的哥伦比亚号事故调查委员会的调查报告，以及白宫对美国航天载人航天任务现存问题的反思。它完全替代了还在概念阶段的轨道空间飞机（Orbital Space Plane，OPS），后者是之前X-33试验机计划失败后被提出来作为航天飞机的顶替方案。在美国国家航空航天局前局长肖恩·奥基夫卸任后，该局的采购计划和策略发生了如上所述的重大变化。
2004年7月，迈克尔·格里芬被任命为航天局局长之前，他以组长之一的身份参与了一个行星学会的研究“将人类送至更远的太阳系空间”，该研究为星座计划提供了一个可负担且可实现的实施策略，因此可以从中探知未来猎户座相关计划的可能发展方向。由于格里芬是该研究的其中一个组长，因此可以推断他认同该研究的结论。而在他当上局长后也以实际行动支持达成该计划的目标。载人探索飞行器的原始策略后来出现了若干修改，这在美国国家航空航天局探索系统架构研究中进行了相关说明。
根据执行概述，该研究制定了一个“分阶段将人类探索范围延伸至低地球轨道空间以外的方法”，并具体建议分为如下三个阶段：
阶段一：“将重心放在开发新一代载人探索飞行器（CEV），完成国际空间站，以及退役过时的航天飞机之上。其中，在完成了国际空间站美国舱核心之后（大约需要6到7次的飞行任务），以及满足其它合作成员对完成国际空间站的需求所必须提供的最少附加分型任务之后，航天飞机会尽快退役。航天飞机退役会导致美国低轨道载人航天能力的缺失，而于此同时，退役所节省出来的资金，用来加快新一代飞行器的开发计划，以尽可能减少甚至消除这一空缺时间。”
阶段二：“必须开发更多附加组件，包括提高运载系统的功率以适应需要飞行数月的行星际载人航天探索扩展任务；以及居住舱、实验舱、燃料模块和推进模块，以适应将人类用送至月球、火星、拉格朗日点和某些近地小行星附近的目标。”
阶段三：“载人行星着陆器的开发在本阶段完成，以允许实施人类登陆月球，进而于2010年登陆火星的任务。”
2005年9月19日，相关的研究结果在新闻发布会上公布。该研究建议2014年开始进行猎户座的载人飞行任务，并认同采用月球轨道集合的方法登陆月球。其中，低地球轨道版本的猎户座飞船，则可以将4到6人运至国际空间站，而登月版本则可以承载4人，登陆火星的版本可以承载6人。与此同时，还会发展一型类似于俄国进步号飞船的无人货运飞船版本。
2006年7月下旬，美国航天局的第二次设计评审，导致了飞船设计的重大变化。起初，美国国家航空航天局想使用液体甲烷(LCH4)作为猎户座飞船（SM）的燃料，但是因为氧气/甲烷动力的火箭技术还不成熟，并且需要在2012年发射猎户座飞船，其在2006年七月下旬批准换成了自燃式推进器。该替换使得美国国家航空航天局能在2011年前对猎户座飞船和战神I号火箭进行安全评估，并且能够填补于2010年退役的航天飞机和第一次猎户座飞船的载人飞行之间潜在的空缺。
2006年9月，美国国家航空航天局选定洛克希德·马丁为猎户座的合约商，后者同时也是当前擎天神五号运载火箭外挂燃料箱的合约商。
2007年4月20日，美国国家航空航天局和波音公司签订了猎户座飞船合同的一项修改。更新后的合同延长了猎户座飞船计划2年设计时间，加入了2次猎户座飞船发射中断系统的飞行测试，并且删除了能对国际空间运送密封货物的原始设计。
2007年5月《太空日报和防御报道》中的一片文章指出，被称为结构“606”的猎户座飞船登月舱的最新设计修订本中，服务模块会有一个外部的面板，其会在战神一号运载火箭火箭的第二次点火阶段后不久就脱落。相比之前的结构“605”，这项设计会节省1000磅的重量。
2007年8月5日，一份报告称安全气囊着陆系统从下一轮猎户座飞船的设计（代号607）中移除了，其考虑到节省总重量，改成在任务结束时使用阿波罗形式的返回舱。
2009年9月8日，奥巴马政府委托载人航天计划委员会发布了有关多个美国政府载人航天计划的长期规划检讨简报。其中需要实现的多个目标包括：对国际空间站的支持，低地球轨道以外空间（包括月球）的任务进展，以及商业空间工业的利用情况等。这些目标必须在有限的预算内实现。
这份检讨简报中需要考虑的参数包括“人员及任务的安全性、生命周期成本、开发时间、对国内空间产业根基的冲击、促进创新鼓励竞争的潜力、从当前载人航天飞行系统过渡到未来系统所产生的影响和冲击”。此外还会考虑到研究及开发量的估算，以及“为支持各种载人航天飞行活动所需要的辅助机器人活动”，并探讨2016年之后延长国际空间站运作时间的各种选项。
2010年按计划，美国宇航局航天飞机将全部退役，新一代载人航天系统“猎户座”飞船于2015年服役。“猎户座”飞船担负美国人重返月球和载人探索火星的重任。登月任务的开发计划航天飞机退役后立即开始提速。其中的月球表面登陆模块（登月舱）以及重型起飞推进器会同时并行开发，并且在2018年即进入可以执行任务的状态，并最终于2020年在月球表面着陆。
2013年8月13日，美国海军船坞登陆舰阿灵顿号（LPD24）搭载着美国宇航局的“猎户座”飞船返回舱在诺福克军港进行了着陆回收测试。美国宇航局正与美国海军密切合作，以研究“猎户座”返回舱在返回地球落入大海后的回收步骤。
2013年11月，据美国宇航局网站报道，美国首个深空载人飞船——猎户座飞船首次进行了通电测试，从而为2014年首次发射升空铺平道路，这是猎户座飞船研制过程中的一项重要里程碑。
2014年8月6日，NASA已与美国海军合作完成了对猎户座飞船的第二次溅落回收测试。
2014年12月5日7时5分，猎户座飞船首飞成功。在这次飞行中，猎户座飞船搭乘“德尔塔”－4重型火箭点火，在朝霞中从佛罗里达州肯尼迪航天中心升空，经过约4个半小时的试飞后，飞船落入太平洋海域。该款宇宙飞船长远计划用作接载航天员离开地球轨道，登陆小行星甚至火星进行探索，《大西洋月刊》称，这一天为“火星时代的第一天”。这是1972年12月阿波罗17号进行最后一次载人登月后，首个外层空间载人探索计划。在任务结束后以32000千米/时的速度返回地球，在大气层中经受近4000华摄氏度的高温，最后坠落在太平洋上。飞船回收团队针对这些情况，对“猎户座”的回收进行了测试。之后美国海军船只在潜水员协助下，迅速驶进该海域打捞出飞船。
2016年9月，美国国家航空航天局（NASA）的官员表示，猎户座的研制工作正在有条不紊地进行，它于2018年执行飞往月球背面的无人测试任务——“探索任务-1（EM-1）”，为之后的载人航天任务做准备。NASA的官员表示，“猎户座”太空舱硕大的主体结构已基本完工，工程师和技术人员正在安装一些关键系统。
2018年10月10日，美国国家航空航天局（NASA）监察长办公室（OIG）发布报告称，由于“太空发射系统”预算超支、核心级开发持续延误，SLS火箭及“猎户座”飞船的无人首飞——“探索任务-1”（EM-1）将推迟到最早2020年年中，载人飞行任务——“探索任务-2”（EM-2）将推迟到2022年年中。
当地时间2020年5月14日，美国国家航空航天局(NASA)表示，该机构的太空发射系统(SLS)火箭的首次发射将推迟到2021年下半年，新冠病毒大流行是导致其延迟发射的部分原因。此前，NASA希望2020年在佛罗里达州肯尼迪航天中心首次发射其强大的SLS火箭，并让“猎户座”飞船首次绕月飞行，这项任务被称为“阿尔忒弥斯1号”，将证明NASA有能力在将宇航员送到月球表面之前将宇宙飞船送入月球轨道。
2022年4月2日，在美国佛罗里达州肯尼迪航天中心拍摄的美国航天局新一代大推力运载火箭“太空发射系统”和安装在火箭顶端的“猎户座”飞船。
美东时间2022年6月6日，NASA登月火箭SLS（太空发射系统）和猎户座飞船再次从肯尼迪航天中心火箭装配大楼出发，前往39B发射台测试，全程4英里（约6.4公里），将花费大约8-12个小时。SLS火箭和顶部的猎户座飞船总高约98米，此前3月中旬曾从火箭组装大楼出发，花了约10个半小时才移动到6.4公里外的肯尼迪航天中心39B发射台。
2022年7月20日，美国国家航空航天局宣布，美国新一代登月火箭“太空发射系统”拟最早于8月29日搭载“猎户座”飞船升空，执行“阿耳忒弥斯1号”无人绕月飞行测试任务，若无法实现，则拟于9月2日或5日发射。
2022年9月3日，美国国家航空航天局说，美国新一代登月火箭“太空发射系统”当天因燃料泄漏问题被取消发射。这是该火箭一周内第二次因故障被取消发射，下次尝试发射最早要等到10月中旬。此次发射原定于美国东部夏令时9月3日14时17分（北京时间9月4日2时17分）开始，火箭在两小时窗口期内运载“猎户座”飞船从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空，执行“阿耳忒弥斯1号”无人绕月飞行测试任务。
NASA将于美东时间2022年11月14日，在肯尼迪航天中心39B发射工位发射“猎户座”飞船。
当地时间2022年11月4日，美国肯尼迪航天中心，美国航空航天局搭载猎户座飞船的太空发射系统(SLS)火箭在39B发射场的移动发射装置上，准备再次尝试升空。
当地时间2022年11月16日，“猎户座”飞船从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空，搭载着美国新一代登月火箭“太空发射系统”，以执行“阿耳忒弥斯1号”无人绕月飞行测试任务。
当地时间2022年11月21日，美国“猎户座”飞船抵达月球，并继续向绕月轨道前行。如一切顺利，“猎户座”飞船将于11月25日被送入绕月轨道。飞船预计于12月11日返回地球。
2022年11月28日，美国国家航空航天局(NASA)的“猎户座”飞船抵达其绕月轨道上距离地球最远处，并成功完成了一项旨在最终让美国宇航员重返月球的任务的前半段，‘猎户座’飞船再创纪录。
2022年12月5日，美国“猎户座”飞船再次近距离飞越月球，之后开启返程飞行，预计于11日返回地球。
“阿尔忒弥斯1号”任务是NASA登月计划的第一阶段。“猎户座”执行“阿尔忒弥斯2号”任务的下一次飞行将是载人飞行，计划2024年进行，4名宇航员届时将进行绕月飞行。在第三阶段，NASA将在“阿尔忒弥斯3号”任务的框架内载人登月，计划2025年或2026年完成，NASA计划将首位女性和首位有色人种送至月球。
2004年11月，美国国会会议中全额通过了。包括了“4.28亿美元的用于开发新一代载人探索飞行器的星座计划（5年内总计66亿美元）预算。
2005年，布什总统在财年要求的预算中，包括该载人探索飞行器的星座计划的预算。
2006财年的预算要求为7.53亿美元，用于继续开发载猎户座飞船。而依照截至2005年的开发情况看，其总预算估计为150亿美元。
2006年8月31日，洛克希德·马丁获得了猎户座计划合同中最初的“时间表A”部分，该部分价值39亿美元，持续执行至2013年。合约中更多可选开发的“时间表B”部分，则可能价值高至35亿美元。
虽然迄今为止该计划得到了充分的资金保障以及众议院的支持，仍然存在航天飞机复飞计划成本升高导致的投入猎户座开发的资金出现极端困难的可能性。关于这个问题，也曾经讨论过是寻求国会提供航天飞机额外开销的特殊资金，还是让私人企业参与到猎户座的开发和运作中。
到2025年为止，不考虑通货膨胀因素，以及给美国国家航天局增加的额外预算，预计的总预算额为2100亿美元。而空间探索系统架构研究对截至2025年的总成本的估算为2170亿美元，比预算仅多出70亿美元。实际的最终成本可能会比这个估计更低，因为这个估算包括了为发射猎户座的运载火箭中的地球出发级开发全新的引擎，而实际上可能会采用J-2引擎的衍生型号。白宫的奥古斯丁委员会预计，在猎户座及战神一号开发完毕之后，还会发生每次发射近10亿美元的成本。
2022年11月25日，正在执行Artemis I任务的“猎户座”（Orion）航天飞船在围绕着月球进行“远方逆行轨道”（distant retrograde orbit）操作时，和美国宇航局任务控制中心的通信中断了47分钟，工程团队通过重新配置航天器和深空网络之间的通信链接才得以恢复。
