W marcu 2018 roku Banaszkiewicza na stanowisku prezesa zastąpił dr Grzegorz Brona, wieloletni menedżer branży kosmicznej, związany wcześniej z CERN oraz pełniący funkcję prezesa zarządu spółki Creotech Instruments. Brona zrezygnował z funkcji 3 kwietnia 2019 roku, nie podając publicznie przyczyn decyzji. Obowiązki prezesa objął tymczasowo Michał Szaniawski, dotychczasowy wiceprezes Agencji Rozwoju Przemysłu. 18 lutego 2021 roku na stanowisko prezesa powołano Grzegorza Wrochnę, wcześniej podsekretarza stanu w Ministerstwie Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz dyrektora Narodowego Centrum Badań Jądrowych.
W 2021 roku POLSA podpisała w imieniu Polski Porozumienia Artemis z NASA. W 2023 roku agencja podpisała umowę z Axiom Space na lot polskiego astronauty na Międzynarodową Stację Kosmiczną.
19 lutego 2025 roku nad terytorium Polski doszło do niekontrolowanego wejścia w atmosferę i rozpadu drugiego stopnia rakiety Falcon 9 należącej do amerykańskiej firmy SpaceX. W związku ze zdarzeniem Ministerstwo Rozwoju i Technologii zarzuciło POLSA nieprawidłowości w przekazywaniu informacji o zagrożeniu. Resort wskazywał między innymi na wysłanie powiadomienia na nieaktualny adres e-mail oraz rozbieżności między komunikatami Agencji a oceną ryzyka.