『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
オリジナル版デジタルリマスター版日本語版の題原題
本国
NBC日本
日本テレビ本国
番組販売日本
NHKBS2Netflix
——80—1歪んだ楽園（英語版）The Cage01
3117174光るめだま（英語版）Where No Man Has Gone Before02

第1シーズン

放送順各話タイトル制作コード
オリジナル版デジタルリマスター版日本語版の題原題
本国
NBC日本
日本テレビ本国
番組販売日本
NHKBS2Netflix
1343302惑星M113の吸血獣（英語版）The Man Trap06
2838313セイサス星から来た少年（英語版）Charlie X08
3117174光るめだまWhere No Man Has Gone Before02
45445魔の宇宙病（英語版）The Naked Time07
5755326二人のカークThe Enemy Within05
61366337恐怖のビーナスMudd's Women04
7444348コンピューター人間What Are Little Girls Made of?10
89229400才の少女Miri12
917453510悪魔島から来た狂人
別邦題: 悪魔島から来た男[30]Dagger of the Mind11
102141411謎の球体The Corbomite Maneuver03
1125121212タロス星の幻怪人（前編）The Menagerie, Part 116A
1226131313タロス星の幻怪人（後編）The Menagerie, Part 216B
1311423614殺人鬼コドスThe Conscience of the King13
1461115宇宙基地SOSBalance of Terror09
1527323716おかしなおかしな遊園惑星Shore Leave17
1610403817ゴリラの惑星The Galileo Seven14
1722413918ゴトス星の怪人The Squire of Gothos18
18127719怪獣ゴーンとの対決Arena19
1914292920宇宙暦元年7・21Tomorrow Is Yesterday21
2016684021宇宙軍法会議Court Martial15
2124504122ベータ・スリーの独裁者The Return of the Archons22
2215111123宇宙の帝王Space Seed24
2319514224コンピューター戦争A Taste of Armageddon23
2421394325死の楽園This Side of Paradise25
25203326地底怪獣ホルタThe Devil in the Dark26
2629304427クリンゴン帝国の侵略Errand of Mercy27
2718494628二つの宇宙The Alternative Factor20
28235529危険な過去への旅The City on the Edge of Forever28
2928584530デネバ星の怪奇生物Operation - Annihilate!29

第2シーズン

放送順各話タイトル制作コード
オリジナル版デジタルリマスター版日本語版の題原題
本国
NBC日本
フジテレビ本国
番組販売日本
NHKBS2Netflix
303421211バルカン星人の秘密Amok Time34
313353472神との対決Who Mourns for Adonais?33
323756483超小型宇宙船ノーマッドの謎The Changeling37
334010104イオン嵐の恐怖Mirror, Mirror39
343859495死のパラダイスThe Apple38
353520206宇宙の巨大怪獣The Doomsday Machine35
3630887惑星パイラスセブンの怪Catspaw30
3741668不思議の宇宙のアリスI, Mudd41
383147509華麗なる変身Metamorphosis31
3939191910惑星オリオンの侵略Journey to Babel44
4032151511宿敵クリンゴンの出現Friday's Child32
4142485112死の宇宙病The Deadly Years40
4246655213復讐!ガス怪獣Obsession47
4336232314惑星アルギリスの殺人鬼Wolf in the Fold36
44439915新種クアドトリティケールThe Trouble with Tribbles42
4545465316宇宙指令!首輪じめThe Gamesters of Triskelion46
4649282817宇宙犯罪シンジケートA Piece of the Action49
4747252518単細胞物体との衝突The Immunity Syndrome48
4879[注 28]695419カヌーソ・ノナの魔力A Private Little War45
4953376020地底160キロのエネルギーReturn to Tomorrow51
5051315521エコス・ナチスの恐怖Patterns of Force52
5150606422宇宙300年の旅By Any Other Name50
5248365923細菌戦争の果てThe Omega Glory54
5352576324恐怖のコンピューターM-5The Ultimate Computer53
5444335625もう一つの地球Bread and Circuses43
5554676926宇宙からの使者 Mr.セブンAssignment: Earth55

第3シーズン

放送順各話タイトル制作コード
オリジナル版デジタルリマスター版日本語版の題原題
本国
NBC日本
フジテレビ本国
番組販売日本
NHKBS2Netflix
566034571盗まれたスポックの頭脳Spock's Brain61
575864682透明宇宙船The Enterprise Incident59
585722223小惑星衝突コース接近中The Paradise Syndrome58
595926264悪魔の弟子達And the Children Shall Lead60
606162665美と真実Is There in Truth No Beauty?62
615577776危機一髪!OK牧場の決闘Spectre of the Gun56
626652617宇宙の怪!怒りを喰う!?Day of the Dove66
636418188宇宙に漂う惑星型宇宙船For the World Is Hollow and I Have Touched the Sky65
646324249異次元空間に入ったカーク船長の危機The Tholian Web64
6565355810キロナイドの魔力Plato's Stepchildren67
6677161611惑星スカロスの高速人間Wink of an Eye68
6762787812恒星ミナラの生体実験The Empath63
6856636713トロイアスの王女エランElaan of Troyius57
6969707014宇宙の精神病院
別邦題: 神が破壊せし者[35]