Вторая орбитальная лаборатория «Тяньгун-2» («Небесный чертог»), во многом идентична первой лаборатории «Тяньгун-1». Но в отличие от КА «Тяньгун-1», который был первым прототипом китайской орбитальной лаборатории, станция «Тяньгун-2» рассчитана на пребывание астронавтов в космосе почти вдвое дольше – до 30 суток. Общая длина станции 10,4 м, максимальный диаметр 3,35 м, размах солнечных батарей 18,4 метра, вес 8,6 тонн.
Запуск лаборатории «Тяньгун-2» (天宫二号) был произведен 15 сентября 2016 года
в 14:04:12 UTC (22:04:12 по пекинскому времени, 17:04:12 мск) с пусковой установки №921 площадки №43 космодрома Цзюцюань с помощью
модернизированной РН «Великий поход-2F» (CZ-2F, «Чанчжэн-2F», 長征二號F) №T2.
В 14:13:48 UTC (22:13:48 по пекинскому времени, 17:13:48 мск) орбитальный модуль отделился от последней ступени носителя и вышел на орбиту с параметрами:
18 сентября 2016 года. После перевода «Тяньгун-2» на орбиту высотой 380 км испытания его бортовых систем планируется завершить к 22 сентября. В настоящий момент температура в жилом отсеке +10 градусов, к моменту прилета «Шэньчжоу-XI» ее поднимут до +20.
19 октября 2016 года. Проведена успешная стыковка корабля «Шэньчжоу-XI» с лабораторным модулем «Тяньгун-2». По сообщению Пекинского центра контроля за полетами, прошла в автоматическом режиме в 03:31 по пекинскому времени (18 октября в 19:31 UTC, 22:31 мск) на высоте 393 км над Землей. В то же время по сообщению русскоязычного канала CCTV, последние 30 метров экипаж прошел в ручном режиме.
17 ноября 2016 года. В 12:41 по пекинскому времени (04:41 UTC, 07:41 мск) корабль «Шэньчжоу-XI» отстыковался от космической лаборатории «Тяньгун-2». Таким образом длительность основной экспедиции составила 29 суток 9 часов 10 минут.
26 сентября 2018 года. В официальном аккаунте WeChat программы пилотируемых космических полетов КНР сообщено, что Китай произведет контролируемый свод с орбиты космической лаборатории «Тяньгун-2» после июля 2019 года. На состоявшемся собрании главный конструктор космической лаборатории Чжу Цунпэн подвел итоги двухлетнего пребывания на орбите китайской космической лаборатории, а также заявил о планах и сроках вывода ее с орбиты. По его словам, по состоянию на 25 сентября лаборатория «Тяньгун-2» провела на орбите 738 дней, работает в штатном режиме близко к круговой орбите высотой 400 километров. Положение лаборатории на орбите правильное, все системы работают штатно, показатели хорошие.