深空探测实验室（又称：天都实验室）由国家航天局、安徽省、中国科学技术大学三方共建，于2022年2月25日揭牌成立，总部位于安徽省合肥市高新区望江西路900号，分部设在北京。法定代表人是吴伟仁。

深空探测实验室主要开展工程总体技术研究、新兴交叉学科技术研究、空间科学谱系和总体研究、基础前沿科学与技术研究，并积极开展科技成果转化。2020年12月15日，国家航天局、安徽省、中国科学技术大学完成三方共建协议签署。2022年2月25日，深空探测实验室在安徽揭牌成立。6月，深空探测实验室(天都实验室)理事会第一次会议以视频方式在北京、合肥两地同步召开。12月28日，实验室获批国家中华人民共和国国家自然科学基金委员会依托单位。2023年4月23日，深空探测实验室（天都实验室）第一届理事会第二次全体会议在合肥召开，标志着实验室进入创新发展的新阶段。4月24日，由深空探测实验室牵头研制的天都一号、天都二号在2023“中国航天日”主场活动启动仪式上被正式命名。5月，中国首个深空探测实验室北京分部落户新首钢地区。

2022年2月24日，深空探测实验室获批国家航天局深空探测创新中心。12月28日，实验室获批国家中华人民共和国国家自然科学基金委员会依托单位。

2020年12月15日，国家航天局、安徽省、中国科学技术大学完成三方共建协议签署；12月31日，深空探测实验室完成安徽省事业单位法人登记注册。

2022年2月24日，深空探测实验室获批国家航天局深空探测创新中心。2月25日，深空探测实验室（天都实验室）在安徽揭牌。深空探测实验室由国家航天局、安徽省、中国科学技术大学三方共建，是面向世界航天科技前沿和国家航天强国战略需求，围绕深空探测领域国家重大科技工程和国际大科学计划，开展战略性、前瞻性、基础性研究，实现科学、技术、工程融合发展的新型科技研发机构。

同年3月，完成深空探测国家实验室组建方案编制。6月，深空探测实验室(天都实验室)理事会第一次会议以视频方式在北京、合肥市两地同步召开。会议审议通过理事会组成方案、实验室章程、理事会议事规则等，标志着实验室完成各项筹备工作，进入实质运行和全面建设新阶段。9月8日，张克俭局长赴深空探测实验室调研，为“深空探测实验室”“深空科学创新中心”挂牌。12月28日，实验室获批国家中华人民共和国国家自然科学基金委员会依托单位。

2023年4月23日，深空探测实验室（天都实验室）第一届理事会第二次全体会议在合肥召开，标志着实验室进入创新发展的新阶段。4月24日，2023“中国航天日”主场活动启动仪式上，计划搭载鹊桥二号中继星任务发射的两颗鹊桥通导技术试验卫星，分别正式命名为“天都一号”“天都二号”。其中，天都一号、天都二号由深空探测实验室牵头研制。同日，中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁表示，2030年前，实现中国载人登月。

同年4月25日，深空探测实验室举办第一届深空探测（天都）国际会议。会上，海南文昌市国际航天城管理局与深空探测实验室签署战略合作协议，在文昌建设“深空探测实验室文昌基地”，共同打造深空探测领域重大科技创新基地，开展深空探测相关业务，推动国际交流合作，加快高新技术人才集聚，更好服务重型运载火箭、探月四期工程、行星探测工程等国家重大任务实施，支撑国家航天强国战略，助力海南航天高质量发展。

2023年5月，中国首个深空探测实验室北京分部落户新首钢地区。该项目拟于2023年年中交付，北京分部主要开展探月工程、行星探测工程等重大科技工程总体技术研究。9月，深空探测实验室与泰国国家天文台正式签署了《深空探测（天都）实验室与泰国国家天文研究所关于国际月球科研站合作谅解备忘录》。

2023年10月，深空探测实验室受邀参加在成都举办的第81届世界科幻大会，并联合举办《星际漫游不迷航》主题沙龙。11月，中国科学技术大学与深空探测实验室研究团队合作，通过人工智能驱动机器人实验，利用火星陨石成功创制出实用的产氧电催化剂，为未来火星探测和地外文明探索提供了新的技术手段。

2024年9月5日，深空探测实验室在安徽省黄山市举办的第二届深空探测（天都）国际会议开幕式上，与塞尔维亚贝尔格莱德天文台、南非射电天文台、瑞士Spacetalk公司、阿拉伯联合酋长国轨道空间公司、巴拿马共和国空间科学创新中心、印度尼西亚班达楠榜大学、巴基斯坦国立科技大学、“一带一路”科学技术协会、非洲空间发展基金会、非洲商务联盟等10家国际机构签署《关于国际月球科研站合作谅解备忘录》。

深空探测实验室的研究领域包括开展战略性、前瞻性、基础性研究和深空探测重大工程实施，承担探月工程、行星探测工程、重型运载火箭等重大科技工程总体技术研究、新兴交叉学科技术研究、空间科学研究等，培育发起国际大科学计划（工程）和国际重大合作项目。

深空探测实验室围绕国家深空探测领域重大工程任务，开展工程总体技术研究、新兴交叉学科技术研究、空间科学谱系和总体研究、基础前沿科学与技术研究，并积极开展科技成果转化。面向未来，努力建设成为深空探测领域重大科技工程的综合支撑平台、关键核心技术的攻坚力量、原创科学成果的策源地和高水平国际大科学计划合作中心，打造科技成果转化和新兴产业发展的重要平台，建设成为具有国际影响力的重要人才中心和创新高地。

探索宇宙未知、推动科技进步、 建设航天强国、服务人类文明。

支撑探月工程四期和行星探测工程任务，牵引深空探测事业发展，实现工程、科学、技术融合发展。

创新、引领、开放、共赢。

2023年4月6日上午，实验室合肥本部以“缅怀先烈 砥砺前行”为主题，赴巢湖李克农和张治中两位将军的故居纪念馆开展党日活动，追寻伟人足迹，重温峥嵘岁月。

2023年6月15日，中国探月工程四期总设计师于登云走进合肥市一六八玫瑰园学校东校区，与现场学生互动交流、讲授中国航天知识。此次深空探测青少年公益科普活动由深空探测实验室主办，得到了安徽省科学技术协会和合肥市发改委、合肥市科学技术协会的大力支持。深空探测实验室副主任黄方、业务总监于继科出席并指导活动。在现场授课环节，于登云为300余名中学生代表系统介绍了20年来中国探月和行星探测工程的历史性成就，详细讲解了月球探测嫦娥一号至嫦娥五号探测器任务，以及火星探测天问一号任务的目的与特点，课程内容中穿插了大量适合青少年阶段学习的航天知识。