太空时代开始于1957年10月4日，当时苏联发射了第一个人造地球斯普特尼克1号卫星．一年后，美国国会通过了国家航空航天法案，以促进和协调一个有效的美国太空计划．这项立法建立了一个新的联邦机构，即美国国家航空航天局，通常简称为NASA。
美国国家航空航天局的组织在总统任期的早期就已经开始运作了约翰·肯尼迪当时肯尼迪提议美国在20世纪60年代末将人类送上月球。为此目的阿波罗在水星和双子计划之前的项目被设计出来，并在1969年成为宇航员尼尔·阿姆斯特朗成为第一个登上月球的人后来的无人驾驶计划，如海盗号、水手号、旅行者号、伽利略号和卡西尼号，探索了太阳系的其他天体。
美国国家航空航天局还负责研制和发射若干具有地球用途的卫星，例如陆地卫星，这是一系列旨在收集关于自然资源和其他地球特征的资料的卫星;通信卫星;还有气象卫星。它还计划和发展航天飞机这是一种可重复使用的飞行器，能够执行传统航天器无法执行的任务。
根据1958年的法案，NASA的职责是对地球大气层内外的飞行问题进行研究;研制、建造、试验和运行空间飞行器;利用载人和无人飞行器探索太空;与其他国家就和平利用空间的项目进行合作;并公布其工作结果。NASA活动的计划和控制在其位于华盛顿特区的总部进行。航空航天技术、空间科学、人类空间探索与开发、地球科学、生物和物理研究这五家战略企业实施了该机构的活动，并开发和指导了几个现场装置。
航空航天技术企业负责先进航空航天运输技术的持续发展。该部门为NASA的目标制定指导方针，论证目标的可行性，并提出实现这些目标所需的技术。
空间科学公司通过NASA的望远镜和无人太空探测器指导对宇宙本质的研究。它使用各种设备进行天体物理学、生物学、通信和信息系统的研究，包括遥感设备、自动航天器、探空火箭、气球和飞机。
人类太空探索与开发负责美国宇航局参与国际空间站，并监督太空运输系统(STS)或航天飞机的所有方面。该企业还指导了几个现场安装，并监督了美国宇航局太空计划所需硬件的购买。
地球科学公司致力于从太空的优势研究行星地球，直至大气层的中层。几项任务研究了地球上土地、水、空气和生命系统的相互联系，以及人类和自然造成的变化如何影响环境，例如全球变暖。
生物和物理研究部门调查太空旅行对人类的影响。该公司还指导利用太空作为生物、化学和物理研究的低重力实验室的项目。
NASA有10个主要的现场装置。许多关注航天发射的人都知道德克萨斯州休斯顿的林登·约翰逊航天中心和佛罗里达州卡纳维拉尔角的约翰·肯尼迪航天中心。休斯顿发射场是一个指挥控制中心，卡纳维拉尔角发射场是主要发射场。其他现场设施包括加利福尼亚州莫菲特油田的艾姆斯研究中心;加州爱德华兹德莱顿飞行研究中心;俄亥俄州克利夫兰刘易斯场的约翰·h·格伦研究中心;马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心;加利福尼亚州帕萨迪纳市的喷气推进实验室;弗吉尼亚州汉普顿的兰利研究中心;阿拉巴马州亨茨维尔的乔治·马歇尔航天飞行中心; and the John C. Stennis Space Center near Bay St. Louis, Mississippi.
自成立以来，NASA取得了许多惊人的成功，也有一些悲剧。1961年艾伦谢泼德是第一个被送入太空的美国人第二年约翰·格伦成为第一个绕地球飞行的美国人。最令人震惊的成就是1969年7月将两人送上月球，在接下来的三年里又将10人送上月球。该机构的第一次重大事故是阿波罗1号宇航员的死亡维吉尔格里森1967年1月27日，埃德·怀特和罗杰·查菲。在发射台上进行飞行前测试时，大火席卷了指挥舱。第二次灾难是爆炸挑战者号1986年1月28日的航天飞机。升空不到两分钟，机上七名宇航员全部遇难，包括Christa麦考利夫他是第一位教师兼宇航员。第二次致命的航天飞机事故发生在2003年2月1日哥伦比亚它在德克萨斯州上空40英里(60公里)处解体，当时它完成轨道任务返回大气层。七名机组人员全部遇难，其中包括第一位进入太空的以色列宇航员伊兰·拉蒙。
