Vệ tinh trinh sát là loại vệ tinh thu thập thông tin tình hình quân sự. Nó “đứng cao, nhìn xa”, là “gián điệp” trên không rất linh hoạt. Bởi vì có những ưu điểm như diện tích trinh sát rộng, tốc độ nhanh, hiệu quả tốt có thể quan sát định kỳ hoặc giám sát liên tục một khu vực nào đó không bị biên giới và thời tiết hạn chế, cho nên thời kỳ chiến tranh lạnh nó trở thành đứa “con cưng siêu cấp” của quốc gia. Trong số các vệ tinh mà loài người đã phóng lên, số vệ tinh trinh sát chiếm đến 1/3.
Vệ tinh trinh sát có thể chia làm vệ tinh trinh sát chụp ảnh, vệ tinh trinh sát điện tử, vệ tinh cảnh giới tên lửa vượt đại châu và vệ tinh giám sát mặt biển. Vệ tinh trinh sát chụp ảnh là loại vệ tinh xuất hiện sớm nhất, số lượng nhiều nhất, nó thường chuyển động ở độ cao từ 150 – 1000 km, hàng ngày bay quanh Trái Đất mười mấy vòng. Nó đảm nhiệm “quân chủ lực” trong nhiệm vụ trinh sát trên không.
Các thiết bị trinh sát vệ tinh mang theo có tác dụng như “con mắt” của vệ tinh, nó bao gồm máy ảnh chụp nhờ ánh sáng thấy được, máy ảnh hồng ngoại, máy ảnh đa quang phổ, cũng như loại ra đa có đường kính hợp thành mới xuất hiện gần đây và loại máy ảnh vô tuyến.
Những thông tin từ vệ tinh trinh sát chụp ảnh thu được như phim, băng từ, v.v. đều được ghi lại và cất giữ trong khoang thu hồi. Khi vệ tinh đi qua nước đó sẽ rơi xuống để thu hồi, cũng có thể thông qua các tín hiệu vô tuyến để định kỳ truyền về. Trạm tiếp nhận mặt đất sau khi nhận được, xử lý và đọc kết quả.
Ngoài ra vệ tinh trinh sát điện tử còn được lắp các thiết bị trinh sát điện tử dùng để trinh sát rađa đối phương và phát hiện vị trí cũng như đặc tính các thiết bị vô tuyến khác, nghe trộm tin cơ mật của đối phương. Vệ tinh cảnh giới tên lửa đạn đạo, dùng các thiết bị quan trắc hồng ngoại để phát hiện sớm bức xạ hồng ngoại sau đuôi động cơ tên lửa khi mới phóng lên. Còn vệ tinh giám sát mặt biển dùng ra đa, các máy thu vô tuyến, máy quan trắc hồng ngoại và các thiết bị trinh sát khác để giám sát hạm đội và hoạt động của tàu ngầm trên biển.