Vorgeschlagene Weltraumkolonien können in drei allgemeine Kategorien unterteilt werden; Kolonien auf Satelliten oder Asteroiden, Kolonien auf anderen Planeten (obwohl man diese „Weltraumkolonien“ nicht per se in Betracht ziehen könnte) und völlig künstliche Weltraumkolonien.
Science-Fiction-Autoren haben diese Möglichkeiten fast seit Beginn des Handwerks selbst diskutiert. Zum Beispiel schrieb Edward Everett Hale 1869 The Brick Moon, eine Geschichte über eine künstliche Raumstation aus Ziegeln. Im Jahr 1929 konzipierte Dr. John Desmond Bernal die Bernal-Kugel, eine rotierende Weltraumkolonie mit einem Durchmesser von etwa 15 Kilometern, die mit Luft gefüllt und um den Äquator herum kolonisiert wurde, wo die Rotation der Kolonie eine Zentrifugalkraft erzeugen würde die Schwerkraft der Erde simulieren.
In den 60er und 70er Jahren erlebten Spekulationen und Forschungen über die Möglichkeit von Weltraumkolonien eine Renaissance, ausgelöst durch das Space Race. Einer der prominentesten Denker, der an der Entwicklung und Befürwortung von Weltraumkolonien beteiligt war, war der Princetoner Physiker Gerard O’Neill, der 1969 die provokative Frage stellte: „Ist die Oberfläche eines Planeten wirklich der richtige Ort für eine expandierende technologische Zivilisation?“ In den 70er Jahren leitete O’Neill Workshops, in denen mehrere vorgeschlagene Weltraumkolonien-Designs detailliert untersucht wurden. Eine NASA-Sommerstudie im Jahr 1975 untersuchte drei Hauptdesigns, genannt Island One, Island Two und Island Three. Alle drei basieren auf der Prämisse einer sich selbst erhaltenden, künstlichen Ökologie innerhalb der Station, die als Arkologie bezeichnet wird.
Island One war die Bernal-Kugel, ein geschlossenes Design (gut zum Schutz vor Strahlung), mit Ausnahme der Pole, die offen gelassen wurden, damit Spiegel das Sonnenlicht von außen in das Innere der Kolonie umleiten konnten. Insel Zwei war der Stanford-Torus, ein kilometerweiter Torus, der sich drehte, um auf der Innenseite des Rings künstliche Schwerkraft zu erzeugen. Das Zentrum des Torus könnte dann als bequeme Andockstation für Raumfahrzeuge dienen, die sich über die Pole nähern. Insel Drei war der O’Neill-Zylinder, eine sich drehende Röhre, die für 10,000 Menschen ausgelegt war. Dieses Design ist wahrscheinlich die beliebteste Weltraumkolonie, die in Science-Fiction dargestellt wird.
Nicht-drehende Designs werden im Allgemeinen mit der Bedingung präsentiert, dass sich der Mensch und unsere unterstützenden Ökologien anpassen oder umgestaltet werden können, um in kontinuierlicher Schwerelosigkeit zu funktionieren. Diese Möglichkeit ist attraktiv, da Designs, die keine künstliche Schwerkraft erfordern, einen größeren Vorteil aus einem gegebenen Raum- und Materialvolumen ziehen können. Der Autor Marshall T. Savage schlug in seinem Buch The Millennium Project die Idee von aufblasbaren Blasen vor, modulare Einheiten, die eine Wasserhaut zum Strahlenschutz verwenden und in riesigen, offenen Netzwerken miteinander verbunden sind. Anstatt von menschlichen Arbeitern für die Herstellung und Installation abhängig zu sein, könnten fortschrittliche Weltraumkolonien fortschrittliche Robotik einsetzen, um Weltraumkolonien zu erhalten und neue zu schaffen.
Es ist allgemein anerkannt, dass eines Tages Weltraumkolonien geschaffen werden, sei es aus kommerziellen, militärischen, wirtschaftlichen oder persönlichen Gründen. Wenn Weltraumkolonien die Fähigkeit besitzen, neue Weltraumkolonien zu produzieren und lange Strecken zurückzulegen, um Ressourcen für diesen Zweck zu beschaffen, könnte das letztendliche Ergebnis die Kolonisierung unseres gesamten bewohnbaren Universums sein. Dieser Prozess würde mit der Schaffung der ersten sich selbst erhaltenden Weltraumkolonie beginnen, ein Ereignis, das viele als wahrscheinlich vor dem Jahr 2040 ansehen.