La mission baptisée "Crew-4" s'est envolée du centre spatial Kennedy, en Floride, à 03H52 heure locale (07h52 GMT) avec à son bord les Américains Kjell Lindgren, Bob Hines et Jessica Watkins, ainsi que l'Italienne Samantha Cristoforetti, de l'Agence spatiale européenne.
Le tir a été retransmis en direct sur le site de la Nasa.
SpaceX a réalisé ce lancement moins de 40 heures après avoir récupéré un autre équipage, une nouvelle accélération du calendrier des vols depuis que l'entreprise d'Elon Musk est devenue le taxi de la Nasa vers l'ISS.
Entre la fin de la navette spatiale américaine en 2011 et 2020, les Américains ont compté sur les vaisseaux russes Soyouz.
Les quatre astronautes de "Crew-4" vont rejoindre un autre équipage qui voit son retour sur Terre s'approcher après une mission de cinq mois, et dont la date de retour sera bientôt connue.
Trois Russes sont également présents à bord de l'ISS.
Le nouvel équipage va mettre en place et suivre des centaines d'expériences en apesanteur, notamment sur des plantes ou un projet de rétine humaine artificielle.
Jessica Watkins sera seulement la cinquième femme noire à aller dans l'espace, et la première à rejoindre la station spatiale pour une mission longue.
Elle et ses trois coéquipiers devraient rejoindre l'ISS environ 17 heures après le décollage, l'arrimage étant prévu à 00H15 GMT jeudi.