Dès 1959 la NASA examine dans le cadre du programme Gemini la possibilité de lancer un laboratoire spatial occupé par un équipage de deux personnes. La guerre froide bat à l'époque son plein entre les États-Unis et l'URSS et les autorités militaires américaines cherchent à développer les potentialités des engins spatiaux pour observer les installations militaires soviétiques. Le programme de satellites militaires de reconnaissance est en plein essor mais rencontre certaines limitations. Le projet MOL est lancé le 10 décembre 1963 par l'Armée de l'Air américaine et vient remplacer le programme militaire de corps portant X-20 Dyna-Soar annulé par le gouvernement américain. En juin 1964 la société Douglas Aircraft Company est sélectionnée pour construire la station spatiale. En aout 1965, le président Lindon Johnson annonce qu'un budget de 1,5 milliards de $ est alloué au projet.
La construction d'un pas de tir est démarré en mars 1966 à Vandenberg sur la côte de Californie pour permettre l'injection de la station en orbite polaire. Une maquette de la station spatiale réalisée à partir d'un réservoir d'un premier étage de la fusée Titan-II est lancée le 3 novembre 1966 dans le cadre de la mission OPS 0855 pour tester le comportement aérodynamique de l'association de la station et du lanceur. Le fonctionnement d'un vaisseau de type Gemini B , qui est chargé dans le futur de ramener l'équipage de la station à Terre à la fin de sa mission. pour ce vol il s'agit du vaisseau de la mission Gemini 2récupéré et adapté : lancé avec la station spatiale il effectue contrairement à celle-ci un vol suborbital ; au cours la rentrée atmosphérique le comportement du bouclier thermique qui est traversé sur cette version d'une écoutille pour permettre le passage de l'équipage dans la station spatiale est testé. En mars 1967, le cout du programme est passé à 2,1 milliards £ et le premier vol est repoussé de 1969 à 1970. La puissance attendue du lanceur Titan III est revue à la hausse pour s'accommoder de l'augmentation de masse de la station : de nouveaux propulseurs à poudre sont développés pour une version du lanceur baptisée Titan-IIIM (M comme MOL) ; les premiers tests au banc d'essai de ces propulseurs on lieu en avril 1969. En mars 1968 une version de test de la station spatiale est finalisée.
Le 10 juin 1969, le programme MOL est annulé par le gouvernement américain, ce qui doit permettre d'économiser 1,5 milliards de $ sur un cout total désormais estimé à 3 milliards $. Le pas de tir en cours de construction à Vandenberg et construit à 90% doit être achevé et mis sous cocon pour un usage ultérieur. Certains développements effectués dans le cadre du programme seront utilisés notamment dans le cadre du programme Skylab. Les systèmes de reconnaissance militaire développés sont achevés pour un cout de 225 millions de $ pour pouvoir être utilisés sur les satellites de reconnaissance qui reprennent les missions qui devaient être assignées aux équipages de la station. Environ 10 000 personnes sont mises au chômage par l'arrêt du programme.
Les missions de reconnaissance militaire qui devaient être effectuées depuis la station spatiale devaient faire partie du programme de reconnaissance militaire Keyhole sous le nom de code KH-10 Dorian. Après l'abandon de la construction du MOL, le rôle que devait jouer la station spatiale est repris par les satellites de reconnaissance KH-9.
En réponse au lancement du programme MOL, l'URSS lance le développement des stations spatiales militaires Almaz.
