美国宇航局（NASA）航天飞机（1981–2011年）进行的太空行走（EVA）彻底改变了轨道作业方式，使卫星维修（包括哈勃望远镜）、国际空间站（ISS）的建造以及新技术的测试成为可能。
重要时刻包括首次使用MMU喷气背包进行的脱离绳索飞行（B. 麦坎德莱斯，1984年）以及在国际空间站（ISS）开展的大量工作。这些任务采用了先进的舱外活动装置（EMU）宇航服，该宇航服后来被改装用于国际空间站上的长期作业。
起步阶段（20世纪80年代）： 首次航天飞机太空行走发生在1984年的“挑战者号”任务（STS-41-B）期间，当时布鲁斯·麦坎德莱斯利用MMU装置完成了人类历史上首次无系绳自由飞行太空行走。
- 同年，凯瑟琳·D·沙利文成为首位进行太空行走的美国女性。
维修任务（包括STS-61和STS-109）证明，航天飞机机组人员能够对在轨卫星进行精密维修。
航天飞机在国际空间站的建造过程中发挥了关键作用。在STS-49任务期间，人类首次进行了三人太空行走，这也是当时持续时间最长的太空行走之一（8小时29分钟）。
2001年3月11日，两名美国宇航员——詹姆斯·沃斯和苏珊·赫尔姆斯——在周日进行了一次当时历史上时间最长的太空行走。他们在飞船外、在太空中停留了8小时56分钟。 宇航员们在意大利运输舱“莱昂纳多”号即将与国际空间站（ISS）对接的位置进行了作业，并安装了天线以改善与地球的通信。
在STS计划实施的30年间，航天飞机的太空行走者一直在舱外作业，通常借助航天飞机的机械臂（RMS），对空间基础设施进行维护和扩建。
航天飞机进行了数十次太空行走，证明人类能够在太空中有效地建造和维修复杂的结构。
历史上时间最长的单次舱外活动（EVA）持续了9小时6分钟，由“神舟十九号”任务的中国航天员蔡旭哲和宋凌东于2024年12月17日完成。 他们在“天宫”空间站上进行了维护工作，刷新了此前保持的纪录。
最具里程碑意义的太空行走历史
1965年3月18日，苏联宇航员阿列克谢·列昂诺夫从“上升2号”飞船上进行了人类首次太空行走。他通过一条系绳与飞船相连，在太空中停留了12分钟。 首位进行太空行走的女性是宇航员斯维特兰娜·萨维茨卡娅，她于1984年7月25日从“礼炮7号”空间站出舱。
第一代Ame首位在太空中进行太空行走的美国人是爱德华·希金斯·怀特，他于1965年6月3日从“双子座4号”飞船上进行了太空行走。 首位进入太空的美国女性是凯瑟琳·D·沙利文，她于1984年10月11日参加了“挑战者”号航天飞机的STS-41-G任务。
1988年12月9日，法国人让-卢普·克雷蒂安在“和平号”空间站停留三周期间，完成了首位来自其他国家的宇航员的首次太空行走。
首次月球表面行走于7月21日进行， 1969年，尼尔·阿姆斯特朗在“阿波罗11号”任务期间进行了首次太空行走。随后巴兹·奥尔德林也加入了他的行列，两人的太空行走时间分别为两小时十四分钟（阿姆斯特朗）和一小时五十一分钟（奥尔德林）。
1984年2月7日，在美国航天飞机“挑战者号”STS-41-B任务期间，美国宇航员布鲁斯·麦坎德莱斯完成了首次无绳太空行走。
太空行走次数最多的纪录保持者是阿纳托利·索洛维耶夫，他曾16次踏入开放太空，总共在太空中停留了77小时41分钟。
