『宇宙パトロール』の邦題で、第2・3シーズン計50話を各話前後編に分割し30分枠で放送された。この際、チャーリーやカトウなど登場人物の吹き替え声優が一部変更されている。なお、富山県では放映権がフジテレビ系へ移行した後も富山テレビ放送へ移行せず、北日本放送が継続して放送した。

1972年04月16日 - 1972年09月24日 日曜 11:00 - 11:30 (JST)

1972年10月07日 - 1974年03月30日 土曜 07:30 - 08:00 (JST)[注 23]

NHK衛星第2テレビジョン

『スター・トレック 宇宙大作戦』の邦題で、デジタルリマスター版が2007年7月から2009年9月にかけて放送された[21]。

2007年07月22日 - 2008年02月24日 29話 日曜 01:15 - 02:05 (JST)[注 24]

再放送 2007年08月09日 - 2008年04月10日 29話 木曜 09:00 - 09:50 (JST)[注 25]


2008年04月19日 - 2009年03月14日 34話 土曜 17:00 - 17:50 (JST)

再放送 2008年04月30日 - 2009年04月01日 34話 水曜 09:00 - 09:50 (JST)[注 26]


2009年04月04日 - 2009年09月05日 16話 土曜 17:00 - 17:50 (JST)

再放送 2009年04月08日 - 2009年09月09日 16話 水曜 09:00 - 09:50 (JST)[注 27]


スーパー!ドラマTV

『宇宙大作戦／スタートレック』の邦題で、旧局名のスーパーチャンネル時代から、同局の定番番組として繰り返し放送されている[30]。2008年以降はデジタルリマスター版での放送に切り替わった。2019年からは長らく日本では未放送だった第1パイロット版「歪んだ楽園（英語版）」が不定期に放送されている[31]。
Netflix

『スター・トレック／宇宙大作戦』の邦題で、第1パイロット版「歪んだ楽園」を含む計80話が動画配信されている[32]。映像はデジタルリマスター版だが、第1パイロット版「歪んだ楽園」のみ特撮シーンの差し替えが行われていないバージョンである。
イギリス

イギリスにおける初回放送はBBCによってなされ、全4シーズンに分割されたほか、第1シーズン途中まではモノクロ放送だった。また、子供向け番組の扱いだったため、刺激が強く不快なテーマを含んでいると判断された3話（第65話「キロナイドの魔力」、第67話「恒星ミナラの生体実験（英語版）」、第69話「宇宙の精神病院（英語版）」）が当初から放送が見送られており、これら3話は1992年時の再放送まで封印扱いであった。加えて第8話「400才の少女（英語版）」は初回放送時にオンエアされたものの、後に視聴者からのクレームがあったため、1993年まで再放送のリストから外されていた。

1969年07月12日 - 1969年12月27日 土曜 17:15 - 18:15 (GMT)

1970年04月06日 - 1970年09月07日 月曜 19:10 - 20:10 (GMT)

1970年10月07日 - 1971年02月10日 水曜 19:10 - 20:10 (GMT)

1971年09月15日 - 1971年12月15日 水曜 19:10 - 20:10 (GMT)

各話タイトル詳細は「宇宙大作戦のエピソード一覧（英語版）」を参照

オリジナル版本国放映順、オリジナル版日本放送順、デジタルリマスター版放送順、制作順（制作コード）はかなり異なっている。デジタルリマスター版の日本での放送は、2007年からのNHKBS2ではデジタルリマスター版本国放送順に近い放送順によって、2008年からのスーパー!ドラマTVではオリジナル版本国放映順によってなされた。Netflixでのシーズン内のエピソード番号は第1パイロット版「歪んだ楽園」が第1シーズンの第1話になっていること以外はオリジナル版本国放映順に準じている。また、第11・12話「タロス星の幻怪人（英語版）」は1965年に制作された第1パイロット版「歪んだ楽園」の映像に新たな映像を追加、再構成して作られており、制作順では1話分として計上されている。
パイロット版第2パイロット版「光るめだま」出演時のウィリアム・シャトナー（右）とサリー・ケラーマン（左）

1964年5月、ロッデンベリーはデシル・プロダクションが番組企画を売り込んだNBCから3話分のプロットを求められる。その後、3話分のプロットのうちの1話分をパイロット版として制作することが決まり、ジェフリー・ハンターをクリストファー・パイク船長役とした第1パイロット版「歪んだ楽園」が制作された。この第1パイロット版「歪んだ楽園」はNBCからアクションシーンの少なさを指摘されたものの[33]、異例ながら新たなパイロット版の制作が許可され、シャトナーをカーク船長役とする第2パイロット版「光るめだま（英語版）」が制作された[6]。この際、スポック以外の登場人物は一新されている。この第2パイロット版「光るめだま」により、1966年2月に本作の放映が決定し、同年9月より放映されることとなった。

第2パイロット版「光るめだま」が第3話として放送されたのに対して、第1パイロット版「歪んだ楽園」はスポック以外の登場人物が一新されたこともあって放送されず、さらに、本話のネガフィルムは第11・12話「タロス星の幻怪人」の編集に使用されたため、完全な状態でのネガフィルムは長らく現存しないと思われていた（参照）。1986年に発売されたVHSでは、第11・12話「タロス星の幻怪人」に使用されなかったシーンと音声を、ロッデンベリーが所有していたモノクロのワークプリント版で補うことで復元している。しかし、1987年に使用されなかったシーンのネガフィルムが発見されたことから完全な復元が可能となり、1988年10月に『新スタートレック』の番宣特番の中で放映された[34]。

放送順各話タイトル制作コード