Mit der Ratifizierung der ESA-Konvention am 30. Juni 2005 wurde Luxemburg als 17. Mitgliedsstaat der ESA bestätigt.

Die Zusammenarbeit zwischen der ESA und Luxemburg begann mit der Unterzeichnung eines Abkommens am 12. September 2000, das es Luxemburg ermöglichte, am ARTES-Telekommunikationsprogramm der ESA teilzuhaben.

Der Vertrag zwischen der ESA und Luxemburg über den Beitritt des Großherzogtums zur ESA wurde von Seiten der luxemburgischen Regierung von Erna Hennicot-Schoepges, Ministerin für Kultur, Hochschulwesen und Forschung und ESA-Generaldirektor Jean-Jacques Dordain am 6. Mai 2004 unterzeichnet. Das letztere Abkommen ermöglichte die Anwendung von Übergangsmaßnahmen, die sich mit den Vorzügen von Luxemburgs Beitritt zur ESA befassen. Solche Maßnahmen sind unter anderem die Teilnahme von Beobachtern bei Ratstagungen und anderen delegierten Institutionen sowie eine größere Kooperation in industriepolitischen Angelegenheiten.