פיתוח החללית החל ב־2005, וב־2006 נחתם חוזה בין נאס"א ל-SpaceX לביצוע טיסות הדגמה של החללית במסגרת תוכנית COTS. ב־2009 הודיע מנכ"ל SpaceX אילון מאסק כי בכוונת חברתו לשגר את החללית לטיסת המבחן הראשונה שלה ב־2009, במטרה שהחללית תיכנס לשירות פעיל כבר ב־2010, לפני סיום טיסות מעבורות החלל. עם זאת, החללית טסה לראשונה רק בדצמבר 2010, ולא נכנסה לשירות פעיל לפני טיסתה האחרונה של מעבורת החלל אטלנטיס ביולי 2011, שהייתה הטיסה האחרונה בתוכנית מעבורות החלל.
ב־23 בפברואר 2009 הודיעה SpaceX כי החומר ממנו נבנה מגן החום של חללית הדרגון שתשוגר לטיסת המבחן הראשונה, חומר בשם PICA-X (שפותח על ידי נאס"א), עבר את המבחנים הדרושים ונמצא מתאים. ב־2010 הודיע אילון מאסק כי חללית הדרגון "יכולה לעמוד בחדירה לאטמוספירה במהירות חזרה מהירח, ואפילו ממאדים, זאת באמצעות מגן החום שפותח עבורה". ה־PICA-X הוא חומר עמיד פי 10 מהחומר PICA (שפותח על ידי נאס"א גם הוא) ששימש בין היתר את קפסולת החדירה של הגשושית סטארדאסט.
מערכת בקרת העגינה של חללית הדרגון, ה־DragonEye, נבחנה במהלך משימת STS-127 של מעבורת החלל אנדוור אל תחנת החלל הבינלאומית ביולי 2009, כאשר הורכבה במסוף העגינה הצמוד לזה ששימש את המעבורת, ופעלה בזמן שהמעבורת עגנה בתחנת החלל. יכולות ה־LIDAR וההדמאה התרמית של מערכת ה־DragonEye נבחנו בהצלחה. המערכת נבחנה שוב במהלך משימת STS-133 (מעבורת החלל דיסקברי) בפברואר 2011.
בקיץ 2009 שכרה SpaceX את שירותיו של האסטרונאוט לשעבר קן באוורסוקס שהפך לסגן מנהל מחלקת בטיחות האסטרונאוטים שהקימה החברה (הוא פרש מהחברה בסוף 2011), זאת לקראת הפיכת החללית למותאמת לשיגורים מאוישים.
ביוני 2010 שוגר דגם של החללית על גבי משגר הפאלקון 9 - שהייתה זו טיסתו הראשונה. דגם הדרגון ששוגר שימש לפני כן לבחינת מערכות קרקעיות של החללית. מטרתה המרכזית של הטיסה - מלבד היותה טיסתו הראשונה של הפאלקון 9 - הייתה להשיג מידע אווירודינמי אודות החללית במהלך תהליך השיגור.
ב־22 בנובמבר 2010 הודיעה נאס"א כי רשות התעופה הפדרלית האמריקאית (FAA) העניקה "רישיון חדירה לאטמוספירה" לחללית הדרגון - שהפכה לחללית המסחרית הראשונה שקיבלה רישיון זה.
חללית הדרגון הראשונה שוגרה על גבי משגר פאלקון 9 (היה זה שיגורו השני של המשגר) ב־8 בדצמבר 2010 למסלול לווייני נמוך, הקיפה את כדור הארץ פעמיים ונחתה בהצלחה באוקיינוס השקט.
בשירות נאס"א.
חוזה לטיסות אספקה.
בשנת 2005 נאס"א עודדה חברות פרטיות שעסקו בפיתוח רקטות להשתתף בתוכנית COTS (Commercial Orbital Transportation Services - שירות תעבורה מסחרי לחלל), שמטרתה לערב חברות פרטיות בתספוק תחנת החלל הבינלאומית לאחר פרישת המעבורות שתוכננה ל־2010 (המעבורות פרשו לבסוף ביולי 2011). במרץ 2006 הגישה חברת SpaceX את הצעתה, שכללה את חללית הדרגון. קבוצתה של חברת SpaceX, שהגישה את ההצעה לתוכנית COTS, כוללת עוד חברות, ביניהם חברת MD רובוטיקס שבנתה את קנדארם2 - הזרוע הרובוטית הראשית של תחנת החלל הבינלאומית.
ב־18 באוגוסט 2006 הודיעה נאס"א כי SpaceX וקיסטלר אירוספייס (שפיתחה את ה־K-1) נבחרו לפתח את מערכת האספקה המסחרית לתחנת החלל הבינלאומית. התוכנית המקורית כללה את שיגורים של שלוש טיסות מבחן של חללית הדרגון בין 2008 ל־2010. SpaceX וקיסטלר היו עתידות לקבל 278 מיליון $ ו־207 מיליון $ בהתאמה אם היו עומדים בלוח הזמנים ובדרישות שהציבה נאס"א, אך קיסטלר נכשלה והחוזה עימה בוטל ב־2007. עם ביטול החוזה עם קיסטלר פתחה נאס"א את המכרז על החלק של קיסטלר בתוכנית וב־18 בפברואר 2008 הודיעה נאס"א כי הזוכה החדשה היא חברת אורביטל, שפיתחה ובנתה בין היתר את משגר הפגסוס, מטוס הניסוי X-34 ולוויינים רבים.
ב־23 בדצמבר 2008 העניקה נאס"א ל-SpaceX חוזה, במסגרת תוכנית CRS (תוכנית מקבילה ל־COTS האחראית על משימות האספקה עצמם), לאספקת תחנת חלל בסכום של 1.6 מיליארד $, עם אפשרות הגדלה לעד 3.1 מיליארד $. בחוזה נכלל שיגורם של 12 משימות אספקה לתחנת החלל, שישאו יחד מינימום של 20 טון מטען לתחנה.
החוזה דרש מ-SpaceX לשגר שלוש משימות ניסוי לחללית הדרגון, לפני שתוכל להיכנס לשירות מבצעי. משימת COTS-1, משימת הניסוי הראשונה, שוגרה בהצלחה ב־8 בדצמבר 2010, הקיפה את כדור הארץ שלוש פעמים ונחתה באוקיינוס השקט. בדצמבר 2011 החליטו בנאס"א לאחד את משימות COTS-2 ו־3 למשימה אחת שיועדה ששוגרה לאחר דחיות רבות ב־22 במאי 2012. במהלך משימה זו עברה החללית מספר בדיקות במסלול וביצעה יעפים על פני תחנת החלל הבינלאומית (מטרות משימת COTS-2), ולאחר שאלו הושלמו בהצלחה, עגנה בתחנת החלל הבינלאומית (מטרת משימת COTS-3). לאחר שעגנה בהצלחה בתחנה היא נפרקה ממטענה והועמסה במטען המיועד לחזור לכדור הארץ. המשימה נחתה בהצלחה באוקיינוס השקט ב־31 במאי.
בחוזה ה־CRS (Commercial Resupply Services) שנחתם עם נאס"א נכלל שיגורם של 12 חלליות דרגון: החל מ־2 חלליות ב־2012, ועד 5 ב־2015.
ב-2020 נחתם חוזה על פיו, החללית Dragon XL (לשעבר Dragon cargo) של חברת SpaceX תהיה חללית המשא שתישא ציוד ל"גייטווי" בתוכנית ארטמיס לירח.
חוזה לטיסות מאוישות.
בדצמבר 2010 העלתה SpaceX הצעה לתוכנית CCDev של נאס"א - שמטרתה לערב חברות פרטיות בתחום השיגורים המאוישים אל תחנת החלל הבינלאומית לאחר פרישת מעבורות החלל. בתוכנית זו נדרשות החברות המשתתפות לפתח גם מערכת מילוט לחללית, שתשמש במקרה חירום. SpaceX הציגה את תכנונה למערכת המילוט לחללית הדרגון, אשר לטענתה כוללת מספר יתרונות על פני מערכות המילוט הקלאסיות ששימשו את חלליות המרקורי, הג'מיני והאפולו ואשר תשמש את חללית האוריון העתידית של נאס"א. היתרונות הם:
בינואר 2011 יצא לאור סרטון סימולציה המדגים את פעולת המערכת. לפי אילון מאסק, פיתוח חללית דרגון ומשגר פאלקון 9 מותאמים למשימה מאוישת תעלה בין 800 מיליון למיליארד דולר.
באפריל 2011 הודיעה נאס"א כי SpaceX תקבל 75 מיליון $ במסגרת תוכנית 2 CCDev על מנת לפתח את מערכת המילוט וחללית הדרגון המאוישת. תוכנית 2 CCDev בין נאס"א ל-SpaceX עתידה להימשך עד למאי 2012. במסגרת התוכנית מתכננת נאס"א לשגר משימות מאוישות אל תחנת החלל הבינלאומית לפני 2016. מערכת המילוט של SpaceX קיבלה אישור ראשוני מנאס"א באוקטובר 2011. בינואר 2012 השלימו ב-SpaceX בהצלחה בדיקה מלאה של רקטות הנחיתה/מילוט של חללית הדרגון במתקן הפיתוח הרקטי שלהם במקגרגור, טקסס.
משימות למאדים.
SpaceX תכננה לשגר למאדים משימה בשם "Red Dragon" (דרגון אדום), בה יעשה שימוש במשגר פאלקון כבד כמשגר ובחללית דרגון 2 שתחדור את אטמוספירת מאדים ותנחית על כוכב הלכת מערכות וניסויים מדעיים במסה של עד כ־4 טון. נאס"א הודיעה שתשתתף בכמה עשרות מיליוני דולרים בעלות המשימה, אך בסוף 2017 הודיעה החברה שהיא מבטלת את תכנון רגלי הנחיתה של דרגון 2 וכפועל יוצא את יכולת הנחיתה היבשתית באמצעות מנועיה, (הסיבה לכך היא חשש שהדרישות המחמירות לבטיחות יעכבו עוד יותר את כניסת החללית לשירות פעיל, וכן הרצון להשקיע יותר בחללית הגדולה והמתקדמת בהרבה BFR, במקום בחללית שתהיה רק אבן דרך זמני בדרך אליה).
משימות ראשונות.
COTS-1 (טיסת הבכורה).
ב־8 בדצמבר 2010 שוגרה חללית הדרגון הראשונה והבלתי מאוישת על גבי משגר פאלקון 9 מנמל החלל קייפ קנוורל, פלורידה. השיגור עבר בהצלחה וכ־10 דקות לאחר השיגור ניתקה החללית מהמשגר. החללית שהתה במסלול בגובה 300 ק"מ במשך שלוש שעות במהלכם בוצעו מבחני תמרון. בתום שלוש השעות הוכנסה דרגון למסלול חדירה לאטמוספירה והיא נחתה בהצלחה באוקיינוס השקט כ־800 ק"מ מערבית לחופי מקסיקו.
נשיאת חברת SpaceX גווין שוטוול ציינה אז כי הייתה זו הטיסה הראשונה מבין שלוש טיסות המבחן העיקריות של החללית במסגרת תוכנית COTS. מנהל נאס"א צ'ארלס בולדן בירך את החברה לרגל הצלחת המשימה.
אף על פי שבמשימה זו לא נשאה החללית לא צוות ולא מטען, צוות המשימה בחברת SpaceX שיגר בתוך החללית פיסת מטען סודית. יום לאחר השיגור התגלה כי המטען הסודי היה חריץ גבינת לה ברואר. הגבינה שוגרה כמחווה למערכון חנות הגבינה מתוך הקרקס המעופף של מונטי פייתון. במסיבת העיתונאים שנערכה עם נחיתת החללית לא גילה אילון מאסק מה היה המטען בגלל החשש שהבדיחה תסיט את תשומת הלב מהצלחת המשימה.
COTS-2/3.
ב־22 במאי 2012, בשעה 07:33 UTC, שוגרה חללית הדרגון למשימתה השנייה, שמטרתה לבחון את ביצועי החללית בסמוך לתחנת החלל הבינלאומית (ISS) ולהדגים עגינה בה. המשימה שוגרה לאחר דחיות רבות, ולאחר שניסיון השיגור האחרון, שהיה ב־19 במאי, בוטל חצי שנייה בלבד לפני השיגור בעקבות בעיות לחץ באחד ממנועי הפאלקון 9.
משימת COTS-2/3 היא איחוד של משימות COTS-2 ו־3, שבתחילה תוכננו כמשימות נפרדות, אך אוחדו למשימה אחת על ידי SpaceX בהסכמת ובתמיכת נאס"א. החללית נושאת עימה 520 ק"ג מטען לצוות ה־ISS והיא מתוכננת להחזיר לכדור הארץ כ־660 ק"ג מטען.