Ariane 5 a été conçue de façon à être améliorée pour s’adapter aux besoins du marché permettant de garantir à l'Europe un accès indépendant à l'espace. Deux programmes d’évolution, Ariane 5 Evolution et Ariane 5 Plus, lancés respectivement en 1995 et 1998, ont donné naissance à de nouvelles versions du lanceur, aux capacités augmentées.

Ces évolutions visent des gains de performance pour des lancements en orbite de transfert géostationnaire. Cette amélioration est rendue possible par l’optimisation du composite inférieur, équipé d’un nouveau moteur plus puissant, le Vulcain 2 et d’une masse de propergol augmentée dans les EAP, ainsi que par l’ajout d’une structure porteuse interne plus légère que la précédente, pour les lancements doubles.

Ariane 5 doit s’adapter à une grande diversité de charges utiles, et notamment répondre à l’augmentation de la masse des satellites de télécommunications, grâce au développement de nouveaux étages supérieurs.
Il est ainsi décidé de remplacer l’étage supérieur d’Ariane 5 générique par un étage cryotechnique qui augmente ses performances.

La famille A5 Evolution comporte aussi la version A5 ES avec un étage supérieur à propulsions stockables (dérivé de l’étage supérieur de la version A5 générique), amélioré pour permettre plusieurs allumages entrecoupés de phases balistiques nécessaires à la mission. Cette version a emporté avec succès le 9 mars 2008 le véhicule ATV (Automated Transfer Vehicle), cargo d’environ 20 tonnes permettant de ravitailler la Station Spatiale Internationale.

Pour optimiser le fonctionnement de l’organisation Ariane 5, des projets d’accompagnement ont été décidés dès 1995. Le projet d’infrastructure Ariane 5 débute en 1996.
Il vise dans un premier temps à assurer la continuité opérationnelle du système de lancement européen pendant la période transitoire d’Ariane 4 et 5. Il permet également depuis 2002 d’améliorer les possibilités offertes par la base de lancement de Kourou.

Les activités d’Arta sont multiples : essais de matériel, expertises, maintenance des moyens d’essais, etc. Jusqu'en 2007, le CNES était responsable de la direction technique et financière de ce programme de l’ESA.

La version A5ECA est actuellement le cheval de bataille de l’Europe pour l’accès à l’espace. Néanmoins, les tendances d’évolution des charges utiles imposent une augmentation de performance de cette version afin qu’Ariane 5 reste bien adaptée au marché commercial, garantissant l’accès indépendant à l’espace.

Il a été décidé en novembre 2008 au Conseil de l’ESA, au niveau ministériel, de préparer une version améliorée dite A5ME (pour mid-life evolution) permettant non seulement d’augmenter la performance du lanceur mais surtout permettre des missions plus complexes avec l’étage supérieur rallumable doté du nouveau moteur Vinci. Cette version devrait être opérationnelle vers 2017.

Pour la suite, des réflexions sont menées sur la question d’un nouveau système de lancement à l’horizon 2025, fiable, utilisant le lancement simple et à un coût d’exploitation réduit.

Au-delà, de nouvelles générations sont à l’étude avec de nouveaux modes de propulsion en particulier pour les étages supérieurs : héliothermique, électrique, propulsion à détonation, etc.

Dans le cadre des évolutions pour le futur, la question de l’exploration humaine ou robotique du système solaire apparaît maintenant de façon plus soutenue. Selon les objectifs, les moyens de lancement seront à repenser ou à améliorer.