Penerbangan ruang angkasa sub-orbital adalah spaceflight di mana pesawat ruang angkasa mencapai ruang, tetapi lintasan memotong atau permukaan tubuh gravitasi yang diluncurkan, sehingga tidak menyelesaikan satu revolusi orbital.
Misalnya, jalan objek diluncurkan dari bumi yang mencapai 100 km (62 mil) di atas permukaan laut, dan kemudian jatuh kembali ke Bumi, dianggap sebagai spaceflight sub-orbital. Beberapa penerbangan sub-orbital telah dilakukan untuk menguji pesawat ruang angkasa dan kendaraan kemudian ditujukan untuk spaceflight orbital. Kendaraan lainnya secara khusus dirancang hanya untuk penerbangan sub-orbital; contoh termasuk kendaraan berawak seperti X-15 dan SpaceShipOne, dan yang tak berawak seperti ICBM dan roket sounding.
Spaceflights sub-orbital yang berbeda dari penerbangan yang mencapai orbit tetapi menggunakan retro-roket untuk deorbit setelah kurang dari satu periode orbital penuh. Dengan demikian penerbangan dari Sistem Fractional Orbital Bombardment tidak akan dianggap sub-orbital; bukannya ini hanya dianggap penerbangan ke orbit Bumi rendah.
Biasanya roket yang digunakan, tapi eksperimen luar angkasa sub-orbital juga telah dicapai dengan space gun.