人类无数年的登月梦想在1969年7月20日成为现实。人类开始了一个新的时代——航天时代。
20世纪全球宇航工业迅速发展，太空探险成为新的热门科技。1969年7月20日，由美国发射的“阿波罗十一号”宇宙飞船载着宇航员登上了月球，成为地球划时代的变革。
“阿婆罗十一号”登月同美国与苏联的竞争是分不开的。1961年4月12日，东方1号宇宙飞船成功实现载人飞行，在全世界引起巨大轰动。在美国则更是引起不一样的反应，就在前苏联将宇航员尤里·加加林送上太空的当天下午，美国总统肯尼迪召开了空间事务应急会议。研究了面对苏联的空间技术的进步美国所应进行的对策。1961年5月25日，肯尼迪在美国国会上宣布：“在这10年内，将把一个美国人送上月球，并使他重返地面。”“阿波罗登月”工程开始执行。
从1961年8月到1965年3月，美国发射了“徘徊者”号一系列月球探测器。这些探测器最重要的任务，是对月球进行近距离的拍摄，测量出月面辐射量，为登月计划进行前期勘探工作。“徘徊者”7至9号，装备了6台摄像机，其中2台使用的是广角镜头。4300余幅电视图像在“徘徊者”7号硬着陆前17分钟的时间内，传送回了地球。其中最后几幅是逼近月面300米时拍摄到的，这是世界历史上第一批对月面的特写镜头，直径小到1米的月坑和更小的石块清晰的显现出来。8至9号“徘徊者”则传送了约12000张高清晰月面照片，为后来阿波罗号登月提供了宝贵的资料。
“阿波罗计划”使用的月球轨道交会法，重达50吨的航天器被“土星五型”运载火箭负重着送入月球轨道。航天器上配备了一门小型的火箭发动机，在接近月球时，用来使航天器减速进入绕月轨道。而且，装有火箭发动机的登月舱在使用完以后可以自动脱离，载着宇航员登上月球，在完成勘探后可以返回绕月轨道与阿波罗航天器结合。1961年5月到1972年12月的11年中，美国投入了255亿美元，在工程高峰时期，有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构，总人数超过30万人加入这项跨时代的工程。
由于发生悲惨事故，第一次载人阿波罗飞行被推迟。在一次发射演习过程中，航天器突然着火，3名宇航员在这次事故中付出了自己的生命。在几次不载人的地球轨道飞行实验之后，1968年10月11日3名宇航员乘坐阿波罗7号绕地球飞行了163圈。
阿波罗8号是真正迈出载人月球探测第一步的航天器，它从绕地球轨道进入绕月球轨道，在完成绕月飞行后安全返回地球。之后，在绕地球轨道上阿波罗9号进行了长时间飞行，进一步检验登月舱的各项性能。阿波罗10号进一步飞入绕月球轨道，登月舱则下降到离月球表面15000米以内的高空。
1969年7月16日，“土星”5号火箭运载“阿波罗”11号开始了人类第一次登月。当第三级火箭停止推动时，飞船被送到环绕地球运行的低高度停泊轨道。飞船在第三级火箭第二次点火加速时，被送入地—月过渡轨道。飞船与第三级火箭分离，飞船沿过渡轨道飞行2.5天后靠近了月球，由服务舱的主发动机减速，飞船开始进入环月轨道。宇航员N.A.阿姆斯特朗和E.E.奥尔德林进入登月舱。登月舱与母船分离后，下降到月面进行软着陆。另一名宇航员则留在指挥舱内，继续进行环月飞行。阿姆斯特朗和奥尔德林登上月球。阿姆斯特朗成为登陆月球第一人，美国在月球探测中取得了最为辉煌的成果。这一天，地球上几亿人坐在电视机前，观看了这一历史性的画面。7月21日，格林尼治时间2点56分，美国宇航员阿姆斯特朗在走出宇宙飞船，用左脚首先踏上了月球表面松软的土壤时，他说：“这是我个人的一小步，却是人类的一大步。”
他们在月面上展开太阳电池阵，把月震仪和激光反射器安设了在月球上，同时还采集了土壤样品与月球岩石22千克，然后驾驶登月舱返回环月轨道，与母船会合对接，随即丢掉登月舱，启动服务舱进入月—地过渡轨道。在接近地球时飞船进入载人走廊，抛掉服务舱，使指挥舱的圆形拱底朝前，在强大的气动力作用下减速。进入低空后指挥舱弹出3个降落伞，进一步降低下降速度。7月24日，“阿波罗”11号飞船指挥舱在太平洋夏威夷西南海面降落。
采集月岩石和土壤样品
1969年7月阿波罗11号在月球着陆，使逐步推进的阿波罗登月计划达到高潮。
从1969年11月至1972年12月，“阿波罗”12、13、14、15、16、17号飞船先后发射升空，除“阿波罗”13号没有成功外，美国将12名宇航员登上月球。
每次阿波罗飞行都对月球表面进行了广泛而深入的考察，大量土壤标本、月球岩石被搜集带回地球进行研究，其中达440千克的月岩样品从月球上被带回地球。月球上人类还安装了许多仪器，进行诸如月震测量与太阳风实验等方面的科学研究。“阿波罗工程”极大的丰富了人类对月球的认识。
阿波罗计划之后，人类月球探测进入了一个降低了对月球勘探的频度。到1994年和1998年，“克莱门汀”和“月球勘探者”号两个美国月球探测器成功发射，对月球水冰、形貌、资源等进行了探测，标志“又快、又好、又省”的月球探测新时代的开始。
除美国之外，俄罗斯、欧盟、中国、日本和印度等国都制定了或正在实施相应的月球探测计划，例如2003年9月27日欧洲第一个月球探测器“SMART－1号”，就开始了对月球的探测之旅。