20世纪50年代，苏联与美国人展开了激烈的太空竞争。1961年5月25日，肯尼迪总统宣布美国将执行“阿波罗”载人登月计划，力争在10年内把美国人送上月球并使其安全返回。
美国于1966—1968年进行了6次不载人飞行试验，在近地轨道上鉴定飞船的指挥舱、服务舱和登月舱，考验登月舱的动力装置。1968—1969年，先后发射了“阿波罗”7、8、9号飞船，进行载人飞行试验，包括环绕地球、月球飞行和登月舱脱离环月轨道的降落模拟试验、轨道机动飞行和模拟会合、模拟登月舱与指挥舱的分离和对接，检验飞船的可靠性。在一次发射演习过程中曾发生着火事故，造成3名航天员死亡。1969年5月18日发射的“阿波罗10号”飞船进行了登月全过程的演练飞行，绕月飞行31圈，两名航天员乘登月舱下降到离月面15.2km的高度。
1969年7月16日9时32分，“阿波罗11”号飞船发射升空。承担首次登月任务的是指令长尼尔·阿姆斯特朗、指令舱驾驶员米切尔·科林斯和登月舱驾驶员埃德温·奥尔德林。飞行途中，“阿波罗11号”飞船进行了两次轨道校正，进入环月飞行轨道后先绕月球飞行了近13圈，然后启动服务舱发动机减速，降低轨道后登月舱与指令舱和服务舱顺利分离，登月舱沿抛物线缓慢地下降至月面，在月球“静海”安全实现软着陆。另一名航天员仍留在指挥舱内，继续沿环月轨道飞行。7月21日22时56分，即在飞船起飞后102小时45分43秒，登月舱门打开，航天员阿姆斯特朗成为第一个足迹踏上月球的人。
航天员在月球上停留了21小时18分钟。他们在月面上放置了一台激光反射器、一台月震仪和捕获太阳风粒子的铝箔帆，拍摄了月面、天空和地球的照片，采集了月球土壤和岩石标本，然后驾驶登月舱返回环月轨道，与母船会合对接。随即抛弃登月舱，启动服务舱主发动机使飞船加速，进入月地过渡轨道。在接近地球时飞船进入大气层，抛掉服务舱，进入低空指挥舱利用降落伞降低下降速度，最终于7月24日在太平洋夏威夷西南海面溅落。整个飞行历时8天3小时18分钟。
此后，美国又相继6次发射“阿波罗”飞船，其中5次成功，总共有12名航天员登上月球。其中1970年4月发射的“阿波罗13号”，虽因氧气瓶爆炸发生事故，但仍然安全回到了地球。“阿波罗”登月计划的成功使得人类第一次离开地球而到达别的天体，是人类进入太空开拓新的疆域的一个里程碑，也为人类今后开发利用月球创造了条件。