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1967年6月23日，中国西安卫星测控中心的前身卫星地面测量部（中国人民解放军436部队，1970年改称中国人民解放军8367部队）在陕西省渭南地区渭南县桥南公社成立，隶属中国人民解放军第二十训练基地。1975年9月，中国人民解放军第二十六试验训练基地（中国人民解放军89750部队，后改称中国人民解放军63750部队）正式成立，隶属国防科委（后来先后改隶国防科工委、中国人民解放军总装备部）。1995年6月迁至西安市。1992年，作为“中国西安卫星测控中心”正式对外开放<ref>[https://www.china-journal.net/home/qikan/papershow.html?id=5433102 西安卫星测控中心]，中刊网，2020-05-04</ref>。
1967年成立的卫星地面测量部是伴随着中国第一颗人造地球卫星东方红一号的发射而组建起来的。从1970年4月24日东方红一号发射升空起，作为中国7个地面观测站之一的中国西安卫星测控中心就开始对人造卫星进行监控工作。1984年4月8目，中国成功发射“东方红二号”OB星 <ref>[http://news.youth.cn/kj/201604/t20160425_7909435.htm 探访西安卫星测控中心：卫星“管家”铸“丰碑”]，中国青年网，2016-4-25</ref> ，这是中国首枚地球同步通信卫星，中国西安卫星测控中心利用计算机并联及软件修改，仅用4台加在一起运算速度每秒只有几十万次的晶体管计算机便完成了百万次高性能计算机的任务，成功完成“东方红二号”OB星的定位监测。2006年至2007年，中国西安卫星测控中心用时100多天，先后成功抢救了两颗发生故障的中国人造卫星。
自1975年11月29日第一次成功回收返回式卫星起，中国西安卫星测控中心开始承担航天设备的回收工作。1992年，中国载人航天工程启动。中国西安卫星测控中心承担了其中的飞船返回搜救任务。1999年至2005年，中国西安卫星测控中心先后完成了六次神舟飞船测控回收任务。其中1999年11月21日神舟一号的回收，是中国西安卫星测控中心首次成功回收太空船。