9月15日中秋节当晚22时4分，中国天宫二号空间实验室在甘肃酒泉卫星发射中心由长征二号 F 改进型运载火箭（T2）成功发射升空。
天宫二号将与计划于下月发射的神舟十一号载人飞船对接，供两名宇航员长住30天，创下中国载人太空飞行时间最长的纪录。该任务同时也将为建造更复杂的空间站做准备。
天宫二号升空后，将变轨进入高度约380公里的运行轨道进行在轨测试。在神舟十一号飞船于10月中下旬发射前，天宫二号将进入高度为393公里的近圆对接轨道等待交接。
中国载人航天工程办公室副主任、新闻发言人武平表示，发射天宫二号的目的除了接受神舟十一号宇航员，考察长期太空飞行的乘员生活、健康和工作保障等相关技术外，还将接受天舟一号货运飞船的访问，验证推进剂在轨补加技术，以及开展航天医学、空间科学实验和应用技术，并完成在轨维修和空间站技术验证等试验。
天宫二号空间实验室在飞行任务中的主角地位作用更加突出，这也标志着（中国）载人航天进入应用发展新阶段。
中国政府于1992年9月21日正式批准了载人航天工程（也称作“921工程”），并确定了“三步走”的太空发展计划：发射载人飞船、建立空间实验室，以及建造载人空间站。
在天宫二号之前，中国曾于2011年9月29日发射了作为空间实验室雏形的天宫一号。在随后两年内，神舟八号、神舟九号和神舟十号飞船分别与天宫一号对接，并实现了宇航员在天宫一号内短期停留（一至两周）以及进行试验的突破。天宫一号于今年3月正式终止数据服务，完成历史使命，但仍在轨道上运行，预计2017年下半年将坠落烧毁。
据武平介绍，天宫二号才是中国“第一个真正意义上的空间实验室”。它在天宫一号的基础上改造而成，外观与天宫一号近似，全长10.4米，重8.6吨，可同时承载3人在轨工作，设计在轨寿命为2年。
天宫二号分为实验舱和资源舱两个舱段，实验舱将进行14项涉及8个领域的空间科学实验，资源舱则为其在太空飞行提供能源和动力。其前后两个对接口可以与神舟载人飞船及天舟货运飞船同时对接。
中国航天科技集团五院空间实验室系统副总设计师廖建林表示，在一个失重的环境中生活30天并非易事。因此天宫二号在内部还增加了一些贴心设计，比如舒适的灯光、装饰、降噪装置，以及一些辅助设施等，方便宇航员的工作和生活。
在天宫二号的基础上，中国计划于2020年前后建成永久性空间站，并在2022年全面运行。有消息称，自1998年开始投入使用的国际空间站（ISS）或将于2020年结束使命。届时，中国可能将拥有全球唯一在轨运行的空间站。
声音
经过认真计算分析，天宫一号大部分结构部件将在陨落过程中烧蚀销毁，对航空活动以及地面造成危害的概率很低，可能性极小……作为一个负责任的大国，中国政府一贯高度重视各类太空碎片的研究与管理。
天宫一号叫做目标飞行器，对接改造后也只是空间实验室的特例，而天宫二号已经完全是一座小型的空间实验室。更进一步地说，天宫一号解决的是交会对接技术问题，天宫二号解决的是一定规模、短期有人照料空间应用问题。