平山によれば、東映東京撮影所テレビ部による初のカラー特撮番組の制作でもあり、スタッフは大変な意欲をもって制作に当たったという。TBSから支給された予算は、『ウルトラマン』と同額の1クール13本につき7000万円。しかし、宇宙を舞台にしたことから野外ロケができず、毎回の惑星セットは大泉撮影所のスタジオをすべて確保して組まれていた[5]。そのため、制作費は予算を大きく超えたという。

放映中の雑誌掲載権は小学館が獲得し、『週刊少年サンデー』などで漫画版が連載されるなど、同社の子ども向け雑誌で盛んに記事が掲載された。同社の月刊児童誌でキャラクター人気投票が行われ、キケロ星人ジョーは子供たちに不人気との統計が出たため、2クール目での設定変更を機に降板となった[6]。

番組フォーマットは前作の『ウルトラマン』と同様、タケダアワーのOP→タイトル画面→CM→OPテーマ→本編（途中でCMを挟まずラストまで放送）の順番で放送された[7]。

しかし、ウルトラマンとの作風の違いや落差の大きさから、当時小学生だった視聴者からは「（第1話の）翌日はクラスが静まり返っていた」（東野圭吾）[8]、「子供心に白けていた」（山本弘）[9]などと述懐されている。

もっとも、1967年7月には松屋デパートで「ウルトラシリーズ第3弾・『キャプテンウルトラ』の怪獣七夕祭り」がTBSの主催によって開催され、怪獣の展示に合わせて出演者のトークショーが行われた際、当時の新聞は「アカネ隊員役の城野ゆきが子供たちに大人気で、ステージから引っ張り降ろされる騒ぎ」とその盛況ぶりを伝えている[10]。
ストーリー

舞台は21世紀後半。宇宙開発計画の発達によって地球は「宇宙開拓時代」を迎えた。しかし宇宙に進出した人類を待ち受ける未知の危険は絶えなかった。そこで宇宙ステーション「シルバースター」所属の宇宙警察パトロール隊が編成された。ひとたび特殊銃で救援信号があると、隊員・本郷武彦ことキャプテンウルトラは、キケロ星人のジョー、万能ロボットのハックと共に、宇宙船シュピーゲル号を駆ってバンデル星人や様々な怪獣たちと戦い続ける。

前半12話は「バンデル星人編」と銘打たれ、太陽系への移住をもくろむ宇宙人・バンデル星人との戦いを中心に展開した。登場する怪獣は3体のみ。第13話から路線の修正が行なわれ、「怪獣ぞくぞくシリーズ」がスタート。キャプテンたちが毎回登場する新怪獣と、これらの引き起こす怪現象に立ち向かうストーリー展開になった[5]。

キケロ星人ジョーは第12話で功を労われた上で宇宙船を与えられ、故郷の星へ帰った。第13話以後はアカネ隊員がシュピーゲル号に搭乗し、共に戦うようになった（14話では搭乗していない）。これに伴い、番組冒頭のナレーションとともに、主題歌が「キャプテンウルトラ」から「宇宙マーチ」に変更されている。
特撮・キャラクター

シュピーゲル号のデザインは「特撮研究所」側で日大の学生らによって起こされ、撮影用のミニチュア模型は、郡司模型製作所によって製作された。3機に分離・合体するシュピーゲル号は、「合体メカ」の嚆矢でもある。特撮監督の矢島信男によると、この「分離・合体」の描写は、吊り下げた三つの機体を分離させるタイミングが難しく、数日間徹夜の撮影が続いたという[11]。

湯浅憲明によると当時、登戸にオプチカル・プリンター（フィルム光学合成機器）の自家製海賊版を製作した会社があり、「大映のガメラシリーズの特撮に使わないか」と誘われたという。しかしスタジオが安普請のため、自動車が外を走るたびに合成画面に揺れが伝わる状態だった。このため湯浅は断ったが、この海賊版オプチカル・プリンターは本作品で使われることとなった。実際に、劇中の合成画面は揺れが入ったものが多い[12]。
主要登場人物
キャプテンウルトラ
本作品の主人公。本名・本郷武彦。25歳。少年宇宙学校パイオニアスクールの教官で、優れた頭脳と鍛えられた体を持つ。柔道6段、空手5段。武器はミサイルも装着可能なウルトラレーザーガンと、短剣の宇宙剣。レーザーガンのケースはレンジャーケースと呼ばれ、物体透視スコープやワイヤー射出機能を持つ。