哥伦比亚号航天飞机灾难发生于2003年2月1日，哥伦比亚号当时执行STS-107任务在得克萨斯与路易斯安纳上空重返大气层。该事故造成机上所有7名航天员遇难。哥伦比亚号的残骸从达拉斯郊外一直散落到泰勒，部分残骸落入路易斯安纳。
航天飞机外储箱上的绝热材料碎片在发射时因空气动力脱落并击中哥伦比亚号左翼前缘，损坏了重返时提供保护的航天飞机隔热系统，哥伦比亚号因此失事。哥伦比亚号在轨道上时，一些NASA工程师怀疑左翼已经受损，但是管理人员限制了进一步调查。
NASA原先的航天飞机设计规范指出，外储箱不应散落泡沫塑料或其它碎片；因此航天飞机遭到碎片撞击是需要于准许发射前解决的安全问题。工程师发现泡沫塑料散落和碎片撞击不可避免且无法解决，根据此类情况不是安全威胁或可接受风险的假定，发射通常获得批准。大多数航天飞机发射都有泡沫碎片撞击和防热瓦伤痕的记录。STS-107前的STS-112任务中，外储箱脚架斜坡上的泡沫塑料脱落并撞击到了左固体助推器底部与外储箱的连接环上，撞击产生了3英寸宽、3英寸深的凹痕。此次任务后，NASA分析了撞击情况并假定外储箱可安全飞行，泡沫塑料不会产生威胁到飞行安全的新问题。哥伦比亚号仍在轨道上时，该理由在任务管理团队主席琳达·哈姆的要求下重新评估。哈姆和航天飞机计划经理罗恩·迪特莫尔都出席了2002年10月31日决定继续航天飞机发射的会议。
在STS-107重返阶段，高温气体穿透损伤部位并摧毁了内部机翼结构，迅速导致航天飞机在空中解体。乘员遗体和若干航天飞机碎片在一次涉及得克萨斯、路易斯安纳、阿肯色的地面搜索中找到。
STS-107任务是第113次航天飞机发射，曾被推迟18次，其原定发射日期为2001年1月11日，实际发射日期为2003年1月16日。在2002年7月19日前的一个月前，航天飞机因推进剂管线裂推迟发射。事故发生6个月后，哥伦比亚号事故调查委员会认为该推迟与此次灾难无关。
事故调查委员会的建议书指出了若干技术和管理问题。同挑战者号事故一样，航天飞机此后停飞两年。国际空间站建造暂停，在STS-114前29个月内完全依靠俄罗斯联邦航天局补给，在STS-121前41个月内替换人员也完全依靠俄航天局。在航天飞机复飞后，主要操作变化包括彻底的入轨检查，确认航天飞机隔热系统承受上升的能力，并准备好指定的救援任务，以防发现无法弥补的损坏。此后，除了2009年NASA透过STS-125升空任务修复位于高海拔低倾角轨道的哈勃太空望远镜之外，航天飞机只前往国际空间站，以便在航天员必要时就近作为避难所。