NASA (Národní úřad pro letectví a vesmír) byla založena 29. července 1958 podpisem zákona prezidentem Eisenhowerem, přičemž převzala zaměstnance a zařízení dřívějšího výboru NACA. V raných programech Mercury a Gemini se soustředila na pilotované lety, přičemž roku 1961 Alan Shepard uskutečnil první americký suborbitální let a o rok později John Glenn jako první Američan obletěl Zemi. Prezident John F. Kennedy v roce 1961 vyhlásil cíl dopravit člověka na Měsíc, čehož bylo dosaženo 20. července 1969, když posádka Apolla 11 přistála na měsíčním povrchu. Po tomto úspěchu veřejná podpora ochabla a program Apollo byl kvůli rozpočtovým škrtům (souvisejícím s válkou ve Vietnamu) ukončen v roce 1972 letem Apolla 17, při němž se na Měsíc dostal i první profesionální vědec. Kromě pilotovaných misí NASA vyslala řadu bezpilotních sond, jako Mariner 2 k Venuši, Vikingy k Marsu či Pioneer a Voyager k vnějším planetám Sluneční soustavy. V roce 1973 pak agentura vypustila svou první orbitální stanici Skylab, postavenou z upraveného modulu S-IVB.