对外披露阶段（2008年9月28号—2011年7月23日） 2008年9月28日 中国首次披露“天宫一号”发射计划。（注：根据上海新闻综合频道2011年9月29日21时45分的新闻夜线节目） 2009年1月26日 天宫一号模型在2009年中央电视台春节联欢晚会上亮相。
2009年2月27日 央视军事报道中首次出现了“天宫一号”空间实验室实体画面，此前仅有电脑效果图和模型对外公开，此时天宫一号初样产品的研制生产已基本完成。 2010年8月中旬 天宫一号完成总装，转入电性能综合测试阶段。 2011年3月3日 全国政协委员、空间技术专家戚发轫向新华社记者透露，中国将在2011年发射目标飞行器天宫一号。 2011年6月29日 天宫一号目标飞行器通过出厂评审，转运至酒泉卫星发射中心，开展任务实施前最后阶段的测试工作。 2011年7月23日 用于发射天宫一号目标飞行器的长征二号F运载火箭23日上午运抵酒泉卫星发射中心。 至此，执行天宫一号飞行任务的各大系统参试人员和飞行产品，已集结载人航天发射场。 发射调整及准备阶段（2011年8月—2011年9月28日） 2011年8月18日 实践十一号04星发射失利。由于发射天宫一号的运载火箭与发射失利的长征二号丙火箭属同一类型，后出于安全考虑，原定8月底发射天宫一号的原计划被取消。 2011年9月10日 发射场区测试工作重新启动，进展顺利。 2011年9月20日 天宫一号和运载火箭组合体运载至发射塔架。 2011年9月25日 包括发射场地及飞行航区在内的全区测控通讯系统进行合练并取得成功。 2011年9月26日 考虑到27日及28日发射场将出现的大风降温天气，原定于27日至30日之间的发射计划更正为在29或30日择机发射。
同日上午，天宫一号飞行任务进行了火箭推进剂加注前全系统质量评审。天宫一号具备执行发射任务的条件。
当日下午，发射场组织进行了火箭加注设备、加注软管和信号电缆连接等工作。 2011年9月28日 中国载人航天工程新闻发言人宣布了天宫一号的发射时间——“2011年9月29日21时16分至21时31分在窗口前沿发射”。
当日上午进行了第二次全区测控通讯系统合练。并组织了火箭推进剂加注前的各项准备工作，包括加注量计算、加注系统信号联调等。
13时起，先后实施了燃烧剂和氧化剂加注。
至18时，约450吨的推进剂全部加注完毕。 发射当天（2011年9月29日） 2011年9月29日 13时16分，发射天宫一号的长征二号FT1型火箭进入8小时倒计时发射程序，调度点名，收集8小时准备情况，进入临射前准备。
14时16分，载人航天各系统功能检查，地面设备开机自检。
约18时，火箭系统开始进行全箭状态检查。
发射前半个小时，最后一批工作人员撤离。
21时16分3秒，搭载着天宫一号的长征二号FT1运载火箭点火发射。
21时19分，天宫一号火箭助推器分离（助推器残骸于10时25分在内蒙古鄂托克旗阿尔巴斯苏木乌兰乌素嘎查的一块空地上找到 ）。
21时19分，火箭一二级分离成功，一级坠落。
21时19分，整流罩分离。
21时25分45秒，天宫一号准确进入预定轨道。
21时29分，太阳能电池帆板展开。
21时35分左右，入轨运行。
21时38分，中国载人航天工程总指挥常万全宣布，天宫一号目标飞行器发射圆满成功。 运行阶段（2011年9月30日—） 2011年9月30日 1时58分，天宫一号飞行至第4圈时，实施了第一次轨道控制，将远地点高度由346公里抬高到355公里。
16时9分，天宫一号飞行至第13圈时，实施了第2次轨道控制，近地点高度由200公里抬升至约362公里，顺利进入在轨测试轨道，为后续进入交会对接轨道奠定了基础。
天宫一号的环境控制和生命保障系统也已启动，转入自主运行状态。 2011年10月6日 18时，天宫一号已在轨飞行109圈，先后进行了遥控指令、控制开关、图像发音设备、舱内温度湿度、交会对接设备等在轨测试。 2011年10月10日 首次公布了由天宫一号自带相机拍摄的太空图片。
此时，目标飞行器的在轨测试阶段已基本结束 。 2011年10月14日 天宫一号目标飞行器已进入交会对接的准备阶段。 2011年11月3日 1时36分，天宫一号目标飞行器与神舟八号飞船完成首次交会对接。 2011年11月4日 11时37分，天宫一号目标飞行器与神舟八号飞船的组合体第一次轨道维持。 2011年11月14日 天宫一号目标飞行器与神舟八号飞船第一次分离，约半小时后，进行了第二次对接。 2011年11月15日 12时4分，组合体完成了第二次轨道维持，开始了神舟八号返回前的轨道精化调整。
16时59分，组合体进行了姿态调整，从第二次对接的状态转体180度进入正常飞行姿态，为神舟八号返回做准备。 2011年11月16日 18时30分，神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器成功分离。 （神舟八号飞船返回舱17日19时30分左右在内蒙古预定区域着陆 ） 2012年6月18日 14时14分，天宫一号与6月16日成功发射的神舟九号完成首次载人交会对接。
17时8分，天宫一号舱门打开。中国航天员景海鹏、刘旺和刘洋后相继进入天宫一号。 2012年6月24日 早些时候，3位航天员撤离天宫一号。完成手动控制交会对接前的准备。
11时8分，北京航天飞行控制中心下达神九与天宫的分离指令，两艘航天器随后分离。
12时38分，神舟九号进入手动控制模式。
12时50分左右，神九与天宫手动控制交会对接成功，3位航天员再次进入天宫一号。 这也是中国的首次空间手控交会对接。 2012年6月28日 9时18分，神舟九号实施了与天宫一号的手控分离。分离由刘旺手动控制。 （神舟九号于6月29日安全返航 ） 2013年2月28日据中国载人航天工程新闻发言人表示，神舟十号预定于2013年6—8月择机发射，届时将承载三名航天员。 2013年6月13日13时18分，天宫一号与于6月11日发射的神舟十号飞船进行了自动交会对接。
16时17分，神舟十号航天员打开天宫一号目标飞行器的舱门，聂海胜、张晓光、王亚平3名航天员进入天宫一号。 2013年6月14日三位航天员为天宫一号进行了在轨维护，包括飞行器内装饰材料的更换。 2013年6月25日三位航天员离开天宫一号。随后，神舟十号飞船与天宫一号完成了分离。 2013年10月截至10月，天宫一号已经完成了为期两年的原定任务。2014年2月天宫一号完成2014年的第一次轨道维持。地面于2月18日和2月19日完成两次控制，提升了天宫一号的轨道高度。 当前运行中
