Powieść fantastyczno-naukowa wywodzi się z formy literackiej utopii oraz literatury wykorzystującej motyw nieprawdopodobnych podróży na inne planety. Jako prototyp gatunku można wskazać np. „Tamten świat” Cyrana de Bergeraca z XVII wieku czy fragmenty „Podróży Guliwera” Jonathana Swifta. Inicjatorami właściwej powieści fantastyczno-naukowej byli: Juliusz Verne (cykl powieści fantastyczno-przygodowych np. „Dwadzieścia tysięcy mil podmorskiej żeglugi), Herbert George Wells (np. „Wehikuł czasu”) i Hugo Gernsback („Ralph 124 C 41”).
Powieść science-fiction charakteryzuje specyficzna tematyka, która oscyluje wokół wizji futurystycznych. Jej akcja zostaje osadzona w dalekiej przyszłości, a istotną cechą świata przedstawionego jest technicyzacja rzeczywistości. Powieść fantastyczno-naukowa przedstawia szczegółową relację na temat przyszłościowych wynalazków, jej częstymi motywami są również międzygalaktyczne podróże, podbój obcych planet czy rozwój humanoidalnych robotów.
Bohaterami powieści science-fiction mogą być zarówno ludzie, jak i futurystyczne maszyny czy istoty pozaziemskie. Przedstawiane tu społeczności często mają charakter antyutopijny, ponieważ pisarze formułują przyszłościowe wizje niejednokrotnie jako ostrzeżenie przed niebezpiecznymi tendencjami obserwowanymi we współczesnym świecie, np. postępującą mechanizacją życia, zalewem kultury masowej itp.
Do tego typu literatury zalicza się zarówno utwory popularne, które stanowią znaczącą część gatunku, jak i dzieła stanowiące istotne pozycje dla literatury wysokiej. Powieści fantastyczno-naukowe, które są wybitnymi osiągnięciami gatunku, najczęściej mają charakter wielowymiarowy. Poruszają one problemy filozoficzne, psychologiczne i duchowe. Jako przykłady tych ostatnich można wymienić prozę Philipa Kindreda Dicka (nazywanego „Dostojewskim science-fiction”), Stanisława Lema, Isaaca Asimova („Roboty, „Imperium galaktyczne”, „Fundacja”) czy braci Strugackich (Arkadija i Borysa).
Książki Stanisława Lema, w których porusza się głęboką problematykę humanistyczną ( np. istota człowieczeństwa i jego rola) oraz metafizyczną, to np..: „Wizja lokalna”, „Solaris”, a przede wszystkim „Głos Pana”. W tej ostatniej pisarz wyraźnie podejmuje kwestię istnienia lub nieistnienia Boga.
Ważnym pisarzem science-fiction w literaturze polskiej był również Janusz Zajdel, którego twórczość zbliżała się do odmiany socjologicznej („Cylinder van Troffa”, „Limes interior”, „Paradyzja”). Najnowszym objawieniem polskiej prozy fantastyczno-naukowej jest zaś Jacek Dukaj („Xavras Wyżryn”, „Czarne oceany”, „Lód”).