Koloni luar angkasa yang diusulkan dapat dibagi menjadi tiga kategori umum; koloni di satelit atau asteroid, koloni di planet lain (meskipun orang mungkin tidak menganggap ini “koloni luar angkasa”, per se), dan koloni luar angkasa yang seluruhnya buatan.
Penulis fiksi ilmiah telah membahas kemungkinan ini hampir sejak awal kerajinan itu sendiri. Misalnya, pada tahun 1869, Edward Everett Hale menulis The Brick Moon, sebuah cerita tentang stasiun luar angkasa buatan yang terbuat dari batu bata. Pada tahun 1929, Dr. John Desmond Bernal menyusun Bernal sphere, sebuah koloni ruang berputar dengan diameter sekitar 15 kilometer (9.3 mil), diisi dengan udara dan dijajah di sekitar khatulistiwa, di mana rotasi koloni akan menciptakan gaya sentrifugal untuk mensimulasikan gravitasi bumi.
Pada tahun 60-an dan 70-an, spekulasi dan penelitian tentang kemungkinan koloni luar angkasa mengalami kebangkitan, yang dibawa oleh Space Race. Salah satu pemikir paling terkemuka yang berpartisipasi dalam desain dan advokasi koloni luar angkasa adalah fisikawan Princeton Gerard O’Neill, yang pada tahun 1969 mengajukan pertanyaan provokatif, “Apakah permukaan planet benar-benar tempat yang tepat untuk peradaban teknologi yang berkembang?” Sepanjang tahun 70-an, O’Neill memimpin lokakarya yang menyelidiki beberapa rancangan koloni ruang angkasa dengan sangat rinci. Sebuah Studi Musim Panas NASA pada tahun 1975 menyelidiki tiga desain utama, dijuluki Pulau Satu, Pulau Dua, dan Pulau Tiga. Ketiganya didasarkan pada premis ekologi buatan yang mandiri di dalam stasiun, yang disebut arcology.
Pulau Satu adalah bola Bernal, desain tertutup (baik untuk melindungi dari radiasi), kecuali kutub, yang akan dibiarkan terbuka untuk memungkinkan cermin mengarahkan sinar matahari dari luar ke bagian dalam koloni. Pulau Dua adalah torus Stanford, torus selebar satu mil yang berputar untuk menghasilkan gravitasi buatan di sisi dalam ring. Pusat torus kemudian dapat berfungsi sebagai stasiun dok yang nyaman untuk pesawat ruang angkasa yang mendekat melalui kutub. Pulau Tiga adalah silinder O’Neill, tabung pemintal yang dirancang untuk menampung 10,000 orang. Desain ini mungkin adalah koloni luar angkasa paling populer yang digambarkan dalam fiksi ilmiah.
Desain non-spinning umumnya disajikan dengan kondisi bahwa manusia dan ekologi pendukung kami dapat beradaptasi atau direkayasa ulang untuk berfungsi dalam gravitasi nol terus menerus. Kemungkinan ini menarik karena desain yang tidak memerlukan gravitasi buatan dapat mengambil keuntungan lebih besar dari volume ruang dan material tertentu. Penulis Marshall T. Savage mengusulkan gagasan gelembung tiup dalam bukunya The Millennium Project, unit modular yang akan menggunakan kulit air untuk perisai radiasi dan dihubungkan bersama dalam jaringan terbuka yang luas. Alih-alih bergantung pada pekerja manusia untuk fabrikasi dan pemasangan, koloni luar angkasa canggih mungkin menggunakan robotika canggih untuk memelihara koloni luar angkasa dan membuat koloni baru.
Secara umum diakui bahwa koloni luar angkasa suatu hari nanti akan dibuat, baik untuk alasan komersial, militer, ekonomi, atau pribadi. Jika koloni luar angkasa memiliki kemampuan untuk menghasilkan koloni luar angkasa baru, dan melakukan perjalanan jarak jauh untuk mendapatkan sumber daya untuk tujuan ini, hasil akhirnya adalah kolonisasi keseluruhan alam semesta kita yang dapat dihuni. Proses ini akan dimulai dengan penciptaan koloni ruang angkasa mandiri pertama, sebuah peristiwa yang menurut banyak orang akan terjadi sebelum tahun 2040.