Работы над станцией начались по приказу министра общего машиностроения от 27 октября 1965 года. Эскизный проект станции, получившей название "Алмаз", был выпущен в 1966 году. Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 14 августа 1967 года определило сроки реализации программы и тактико-технические характеристики бортовых средств "Алмаза". Станцию предполагалось выводить на орбиту тяжелой ракетой-носителем "УР-500К" ("Протон-К") фузоподъемностью 20 т, которая также создавалась в ОКБ-52. На первом этапе космонавтов хотели запускать вместе со станцией — в возвращаемом аппарате, размещенном в ее передней части. Такая схема доставки выглядит необычно по нынешним временам, но тогда углубленно изучалась, поскольку возможность выполнения стыковки на орбите с переходом экипажа из объекта в объект не была еще отработана на должном уровне. При более подробном анализе выяснилось, что предложенная схема имеет серьезные недостатки, ведь наличие тяжелого возвращаемого аппарата в составе запускаемого объекта заметно уменьшает массу целевого оборудования, что само по себе снижает потенциал станции. В конце концов от идеи отказались, решив реализовать процедуру стыковки на пилотируемых кораблях "Союз".
Окончательный эскизный проект ракетно-космического комплекса "Алмаз", включающий в себя базовый блок и транспортный корабль снабжения "ТКС", оснащенный возвращаемым аппаратом, был принят Межведомственной комиссией в 1967 году. В состав комплекса также вошли ракета-носитель, техническая и стартовая позиции, наземный пункт приема информации и сеть наземных пунктов командно-измерительного комплекса (КИК). Предусматривалось создание тренажерных средств для подготовки экипажей.
Согласно проекту, "Алмаз" должен был стать более совершенным орбитальным разведчиком, чем автоматические "Зениты", давая очевидное преимущество по оперативности получения и обработки информации. Космонавты могли разглядывать Землю в видимом и инфракрасном диапазонах спектра через мощный "космический бинокль". Увидев нечто подозрительное, они давали бы команду на производство серии снимков. Фотопленка проявлялась на борту под контролем экипажа. Достойные внимания фрагменты полученных изображений предполагалось передавать на Землю по телевизионному каналу. Кроме того, привлекающие внимание участки планеты можно было просматривать с помощью радиолокатора бокового обзора.
Аппаратура, которую создали для установки на борт станции, по меркам того времени была самой передовой, очень сложной и дорогостоящей. В частности, основным средством наблюдения с орбиты должен был стать уникальный фотоаппарат с фокусным расстоянием в 10 м и диаметром зеркала около 2 м, сравнимый по разрешающей способности с современными орбитальными телескопами типа "Hubble" ("Хаббл"). На согласование технических характеристик фотоаппарата сотрудники Центрального конструкторского бюро машиностроения (ЦКБМ; такое название было присвоено ОКБ-52 в 1966 году) и Красногорского завода "Зенит" потратили три месяца. Только одна заготовка для производства зеркала должна была остывать в форме полтора года!
При проектировании станции "Алмаз" выбрали следующие габариты: полная длина — 11,61 м, обитаемый объем — 90 м3
, стартовая масса — 18,9 т. Станция рассчитывалась на экипаж из двух человек и полное время работы на орбите до 410 дней. Электроснабжение осуществлялось панелями солнечных батарей общей площадью 52 м2.Конструктивно станция разделялась на две части, которые можно условно назвать отсеками малого и большого диаметров. Отсек малого диаметра (поперечный размер по гермокорпусу — 2,9 м) располагался в передней части станции. Далее находился отсек большого диаметра (поперечный размер по гермокорпусу — 4,1 м). Внутренний объем станции включал бытовую, рабочую, приборную и переходную зоны.
Бытовая зона с несколькими обзорными иллюминаторами размещалась в отсеке малого диаметра и предназначалась для отдыха и сна космонавтов, приема пищи и проведения медицинских экспериментов. У одного борта был закреплен стол с подогревателями консервов, кресла космонавтов, емкости с водой и встроенные контейнеры с продуктами питания. Над столом смонтировали пульт управления системой жизнеобеспечения. У другого борта находились шкафы с медицинским оборудованием, комплектами белья, предметами быта и личными вещами, магнитофон с фонотекой и радиоприемник. Торец бытовой зоны был отдан под спальные места.