在載人航天早期，大部分導航工作是由地球上的設備完成的。飛船本身只完成了壹小部分。後來由於導航技術的發展，載人飛船本身完成了越來越多的工作。可以預見，隨著現代計算機和導航設備的性能越來越先進，未來的載人飛船將具備完全獨立的空間導航能力。
載人飛船在飛行的不同階段會采用不同的空間導航方式。目前主要的方法有以下幾種。
(1)在航天器的地面控制飛行過程中，可以采用無線電測距和甚長基線測量來測量速度。飛船可以使用慣性測量裝置、太空六分儀和光學星圖，讓宇航員隨時了解自己的飛行狀態。
(2)載人飛船在軌對接時，需要隨時進行機動和調偏。此時主要采用無線電測距和航天員視覺跟蹤。
(3)航天器在著陸時可以使用雷達測距和多普勒測速。當航天器在地面著陸時，也可以使用著陸輔助設備。
航天器的空間導航設備主要包括地面導航設備和航天器上的導航設備。
航天器在大多數階段由地面導航設備導航。美國國家航空航天局主要依靠地面雷達進行跟蹤測試，然後根據信號計算出航天器的飛行距離，精度可達數米。
上世紀70年代，美國載人飛船在執行任務時，主要依靠地面的跟蹤測量船，幾艘跟蹤測量船就可以組成壹個空間跟蹤網。此外，還有三個地面調查站，主要分布在美國加州、澳大利亞和西班牙，基本覆蓋全球。地面跟蹤站從無線電信號中提取多普勒速度和距離信息，通過跟蹤站傳輸到加州噴氣推力中心實驗室的中央計算機，然後對數據進行處理，及時調整航天器的速度和飛行姿態。
載人飛船上的導航設備主要包括慣性測量裝置、空間六分儀和光學定位系統。
慣性測量裝置最早用於飛機導航，後改進用於火箭，再改進用於載人飛船，測量飛船的飛行姿態、位置和飛行速度。美國為阿波羅研制的慣性測量裝置就是典型的導航設備。它由安裝在穩定平臺上的三個常規陀螺儀和三個加速度計組成。
空間六分儀用於測量視線與各種星體之間的角度，從而確定飛行器的飛行方向。當恒星偏離六分儀的視線時，說明慣性測量儀器需要重新對準。
光學定位系統利用目標周圍的恒星背景作為方向來確定載人飛船接近目標。同樣，載人飛船也裝有目標測距裝置和多普勒雷達。在飛行過程中，載人飛船上的測量系統和地面上的測量系統自始至終協同工作，以達到最高的導航精度。
太空導航不同於地面導航。飛機的飛行軌跡是預設的。在飛行器飛行過程中，通過各種儀器繪制實際飛行軌跡，然後通過對比其預先確定的軌道模型，及時修正飛行器的飛行姿態，完成預定任務。