长征五号系列由中国航天科技集团公司研制，设计采用通用化、系列化、组合化思想。系列由二级半构型的基本型长征五号运载火箭（代号：CZ-5）、不加第二级的一级半构型长征五号乙运载火箭（代号：CZ-5B）以及添加上面级的长征五号/远征二号运载火箭（代号：CZ-5/YZ-2）组成，地球同步转移轨道和近地轨道运载能力将分别达到13吨、23吨。中国未来天宫空间站、北斗导航系统的建设，探月三期工程及其它深空探测的实施都将使用该火箭系列

“三个模块”是指使用液氧/液氢的5米直径模块，使用液氧/煤油的3.35米直径模块、2.25米直径模块；“两种发动机”是指新研制的地面推力50吨YF-77氢氧发动机和地面推力120吨YF-100液氧/煤油发动机；在三个模块基础上第一步组合制造出5米直径芯级的大型运载火箭，再进一步组合制造出3.35米直径芯级的中型运载火箭和小型运载火箭，最终形成近地轨道运力覆盖1.5-25吨，地球同步转移轨道运力覆盖1.5-14吨的“一个系列”。
按照方案，火箭运载能力相比原长征火箭大幅度提高；使用推进剂无毒无污染；采用“三化”的设计思想降低成本；比传统火箭普遍少一级的一级半或二级半构型提高火箭固有的可靠性；同时拥有完整的运载能力覆盖范围。