Kozmická stanica alebo vesmírna stanica je umelá štruktúra určená na pobyt ľudí vo vesmíre. Na rozdiel od kozmickej lode stanica nemusí mať žiaden hlavný motor a nie je prispôsobená na pristávanie. Na dopravu ľudí a materiálu na a zo stanice je teda potrebný iný dopravný prostriedok. Kozmická stanica je zariadená pre strednodobé pobyty, od niekoľkých týždňov alebo mesiacov až po roky. Po skončení obdobia funkčnosti a odchode poslednej posádky je zvyčajne navedená do zemskej atmosféry, kde zhorí v jej vrchných vrstvách.
Najčastejšie je kozmická stanica určená na vedecký a technologický výskum vlastností rôznych materiálov a živých organizmov v podmienkach mikrogravitácie. Pre svoje umiestnenie nad zemskou atmosférou (presnejšie v horných vrstvách zemskej atmosféry) sa tiež používa na pozorovanie Zeme aj vesmíru. V budúcnosti môže byť použitá aj ako základňa pre ďalšie lety do slnečnej sústavy. Jediná v súčasnosti veľká funkčná kozmická stanica, Medzinárodná vesmírna stanica, bola v poslednom čase tiež cieľom niekoľkých kozmických turistov.
Prvou vypustenou kozmickou stanicou bol sovietsky Saľut 1 v roku 1971. V sérii staníc Saľut 3 až 7 uskutočňovali kozmonauti z bývalého ZSSR a ďalších socialistických štátov lekárske, biologické a technologické pokusy. Prvá americká kozmická stanica Skylab bola vypustená v roku 1973 a posádky sa na nej striedali prostredníctvom kozmických lodí Apollo. Najdlhšie fungujúcou ruskou stanicou bol Mir, na ktorom sa za 15 rokov jeho činnosti vystriedalo 104 kozmonautov, z toho 44 amerických a bolo vykonaných vyše 16 000 pokusov. Výmenu posádok na Mire zabezpečovali lode Sojuz, automatické lode Progress sa starali iba o zásobovanie. V roku 1995 sa s Mirom prvýkrát spojil aj americký raketoplán.
Od roku 1998 sa 16 štátov podieľa na výstavbe Medzinárodnej vesmírnej stanice. Medzinárodná vesmírna stanica prebrala funkciu Miru a je celkove druhou veľkou vesmírnou stanicou. Stanica je v súčasnosti už z veľkej časti dokončená, má hmotnosť takmer 500 ton, rozpätie 110 m a 6-člennú posádku. Na programe sa priamo podieľa vyše 100 000 pracovníkov kozmických agentúr a stovky dodávateľov, subdodávateľov, tovární a laboratórií na celom svete.
V septembri2011 vypustila svoju prvú malú experimentálnu kozmickú stanicu aj Čína. Mala názov Tchien-kung 1 a v júni 2012 k nej zavítala prvá posádka. Druhá posádka priletela o rok neskôr v júni 2013. Tchien-kung 1 nekontrolovane zanikol v horných vrstvách atmosféry nad južným Tichým oceánom dňa 2. apríla2018. Druhú experimentálnu kozmickú stanicu, Tchien-kung 2, Čína vypustila v septembri 2016. V októbri až novembri 2016 bola obývaná dvoma čínskymi kozmonautmi. Tchien-kung 2 kontrolovane vstúpil do horných vrstiev atmosféry nad južným Tichým oceánom dňa 19. júla2019. Čína ďalej rozvíja svoj pilotovaný vesmírny program, pričom kozmická stanica Tchien-kung je jeho hlavnou oporou.