ESA je po ustanovitvi dajala prednost znanstvenim in komercialnim raziskavam, zato je bil človeški vesoljski program v organizaciji dolgo časa zapostavljen. Poleg tega se agencija v prvih letih ni posvečala razvoju vozila s človeško posadko, zato je program človeških poletov pretežno potekal v sodelovanju z NASO, ki je imela na tem področju bogate izkušnje. Prvi astronavt Ese v vesolju je bil Nemec Ulf Merbord, ki je tja poletel leta 1983 z Nasinim raketoplanom Columbia. Odprava je testirala vesoljski laboratorij, ki je bil delo evropskih znanstvenikov, in je bila pomenila začetek tesnega sodelovanja med ESO in NASO na področju človeških vesoljskih raziskav. Sodelovanje pa v drugi polovici osemdesetih let ni potekalo samo z NASO, ampak so se evropski astronavti udeleževali tudi sovjetskih vesoljskih odprav.

Program se je z leti razširil, zato je bilo leta 1990 v Kölnu v Nemčiji ustanovljeno središče za selekcijo in usposabljanje astronavtov. Center je odgovoren tudi za sodelovanje z drugimi vesoljskimi agencijami, kot sta NASA in Ruska vesoljska agencija. Trenutno t. i. evropski astronavtski korpus sestavlja štirinajst astronavtov iz osmih evropskih držav, tj. Francije, Italije, Nemčije, Belgije, Švedske, Danske, Združenega kraljestva in Nizozemske. ESA, ki nima lastnih raket za prevoz astronavtov, v ta namen uporablja ameriška in ruska vesoljska plovila. Po ukinitvi ameriškega programa Space Shuttle leta 2011 se agencija za prevoz astronavtov na mednarodno vesoljsko postajo zanaša izključno na Rusko vesoljsko agencijo ter njena vesoljska plovila Sojuz. Program je tesno povezan tudi z Mednarodno vesoljsko postajo, saj je ESA vložila znanje ter prispevala astronavte za njeno izgradnjo, razvoj in vzdrževanje. Njen največji prispevek je vesoljski laboratorij Columbus, ki je bil Mednarodni vesoljski postaji dodan leta 2008. Istega leta je bilo dokončano in preizkušeno samodejno vesoljsko plovilo Jules Vern ATV za oskrbovanje vesoljske postaje, v naslednjih mesecih in letih pa sta se vozilu priključila še Johannes Kepler ATV in Edoardo Amaldi ATV.

Projekt je bil zasnovan sredi devetdesetih let 20. stoletja z namenom, da bi si evropske države zagotovile natančen sistem za določanje položaja na Zemlji, deloval pa naj bi neodvisno od ameriškega sistema GPS, ruskega sistema GLONASS in kitajskega sistema Compass. Prvi koncept njegovega delovanja je bil predstavljen leta 1999, dejanski razvoj pa se je začel maja 2003 s podpisom sodelovanja med Evropsko unijo in ESO. Za razliko od ameriškega sistema GPS, ki je pod nadzorom oboroženih sil, projekt Galileo daje prednost civilnim uporabnikom in ga je mogoče izklopiti samo v izrednih okoliščinah. Prav zato je že na samem začetku postal predmet spora z ZDA, ki so se bale, da bi ga lahko uporabili njeni nasprotniki. Poleg ostrega nasprotovanja ZDA so projekt sprva pestile finančne težave in se je zdelo, da bo propadel zaradi nezadostnih sredstev. S finančnim posredovanjem Evropske unije in tujih vlagateljev je znova zaživel in leta 2005 so v Zemljino orbito izstrelili prvi testni satelit GIOVE-A, temu pa je leta 2008 sledil še GIOVE-B. Prva dva operativna satelita od skupno tridesetih so v orbito izstrelili 21. oktobra 2011, naslednja dva pa 12. oktobra 2012. Namen teh satelitov je bil testirati delovanje sistema, celotni sistem pa je postal operativen decembra 2016. Danes ga nominalno sestavlja 30 satelitov (24 operativnih, 6 rezervnih) in omogoča natančnost lociranja na 20cm.

Evropska vesoljska agencija je bila ustanovljena z namenom, da bi evropskim državam omogočila samostojen dostop do vesolja, zato je bil njen glavni cilj razvoj nosilne rakete. Razvoj se je začel leta 1974, raketo pa so poimenovali Ariane po Ariadni, grški boginji, ki je Tezeju pomagala premagati Minotavra. Prva evropska raketa Ariane je v vesolje poletela 24. decembra 1979. Od takrat do danes se je zvrstila že cela serija raket. ESA trenutno uporablja tri tipe raket: Ariane 5, Sojuz-2 in Vega.

Dvostopenjska raketa Ariane 5 je zadnja iz serije raket Ariane. Uporabljati so jo začeli leta 1997, ko so prenehali uporabljati raketo tipa Ariane 4. Je najmočnejša raketa ESE, saj lahko v vesolje ponese od 6 do 21 ton tovora (količina tovora je odvisna od orbite, v kateri bo satelit). V sredini leta 2024 je načrtovana izstrelitev rakete Ariane 6, ki bo imela močnejše motorje in bo še zmogljivejša od svojih predhodnic.

Sojuz-2 je dvo- do tristopenjska raketa za srednje tovore z maso do 7,8 tone. Je produkt skupnega evropsko-ruskega sodelovanja, katerega glavni namen je bil znižati stroške poleta in povečati zanesljivost delovanja rakete (raketa Sojuz ima štiridesetletno zgodovino izredno zanesljivega delovanja). Raketo izdelujejo v Rusiji ter nato njene dele pošljejo na izstrelišče v Francoski Gvajani, kjer jo sestavijo in pripravijo za izstrelitev. Prvič je poletela 21. oktobra 2011, ko je v vesolje ponesla prva dva satelita navigacijskega sistema Galileo.

Vega je štiristopenjska raketa, namenjena za izstreljevanje lažjih tovorov z maso do 2,5 tone. Raketa je produkt sodelovanja med Italijansko vesoljsko agencijo in ESO. Njen razvoj se je začel leta 1998, prva uspešna izstrelitev pa je bila izvedena 13. februarja 2012 v Francoski Gvajani. ESA uporablja to raketo za izstreljevanje raziskovalnih satelitov v nizko Zemljino orbito.