与前四艘“神舟”飞船一样，“神舟”五号载人飞船由轨道舱、返回舱、推进舱和附加段组成的“三舱一段”的结构形式。
轨道舱位于飞船前部，为密封舱，外形两端带有锥段的圆柱形，前端与附加段连接，后段与返回舱连接，供航天员进出返回舱。轨道舱舱壁设有内开密封舱和对地观察窗口，供航天员在地面进出飞船和在空间对地观察摄影使用。轨道舱外壁装有推进剂贮箱和发动机系统，提供轨道舱留轨飞行期间轨道维持和姿态控制所需动力。轨道舱两侧装有一对太阳电池阵，提供轨道舱留轨工作期间所需的电能。
返回舱位于三舱中间，为密封舱结构。其外形呈钟形，锥段侧壁开有两个舷窗、6个天线窗口和一个光学瞄准镜窗口，供航天员观察和确定姿态使用。侧壁还设有返回舱姿态控制发动机系统，装有主、备份降落伞，返回舱整个外表面为烧蚀式防热层。返回舱前端与轨道舱相连接，后端与推进舱连接。在舱内中间和右侧放置两个座椅，航天员坐中间座椅，右侧座椅放置生活用品。
推进舱位于飞船后部，为非密封结构，推进舱圆柱段外壁装有辐射散热器，两侧装有一对主太阳电池阵，提供整船在轨运行所需电能。推进舱后锥段装有4台变轨发动机，侧壁装有姿态控制发动机，提供飞船自主飞行所需动力。推进舱前端与返回舱大底相连接，后端与运载火箭飞船支架相连接。
附加段设置了相关设备。