Несколько отстав от СССР в освоении космоса, к концу XX в. США вышли на лидирующие позиции в проведении космических исследований.
Первый американский спутник был запущен 17 февраля 1959 г. – почти на полтора года позже, чем в СССР. 29 мая того же года в космосе побывали две обезьяны: американская ракета-носитель «Юпитер» подняла аппарат с ними почти на 200 км над землей, после чего они приводнились в Атлантическом океане примерно в 3000 км от мыса Канаверал во Флориде, где был построен американский космодром. В том же году американским беспилотным космическим кораблям удалось сфотографировать солнце в ультрафиолетовых лучах и получить фотографии Земли из космоса.
Однако в начале 1960-х годов США уже фактически догнали советскую космонавтику: 5 мая 1961 г. в США была запущена ракета с капсулой «Меркурий», в которой совершил 15-минутный полет Аллан Шепард, 21 июля аналогичный полет выполнил Вирджил Гриссом, а 20 февраля 1962 года подполковник Джон Гленн стал первым американским астронавтом, совершившим облет Земли на корабле «Френдшип-7». В 1962 г. состоялся и первый эксперимент по передаче телевизионных сигналов через спутник связи «Телстар».
В рамках космического проекта «Джемини» было произведено десять запусков пилотируемых кораблей, с которых для Америки началась история длительных космических полетов, выходов в открытый космос, стыковок на орбите и высадки на Луну. В июне 1966 г. Эдвард Уайт вышел в открытый космос, в течение двадцати минут перемещаясь вокруг корабля «Джемини-4» с помощью маленького реактивного двигателя. Полет «Джемини-5» длился 8 дней, «Джемини-7» – 14 дней, а «Джемини-6» и «Джемини-8» стали первыми американскими космическими кораблями, осуществившими стыковку на орбите. Летавший на «Джемини-12» Эдвин Олдрин провел в открытом космосе 5,5 часа (1966).
В Рождество 1968 г. американцы впервые услышали праздничное приветствие от находившегося в полете экипажа «Аполлона-8»: Фрэнк Борман, Джеймс Ловелл и Уильям Андерс первыми совершили облет Луны, сделав снимки ее поверхности с близкого расстояния.
20 июля 1969 г. американцы Нил Армстронг и Эдвин Олдрин стали первыми землянами, ступившими на поверхность Луны. Нога Армстронга коснулась лунного грунта в районе моря Спокойствия в 10.56 вечера, девятнадцатью минутами позднее к нему присоединился Олдрин. Их «прогулку» наблюдали по телевидению около 600 млн человек; навсегда запомнившие слова Армстронга: «Один человеческий шаг – один гигантский скачок для человечества», по популярности способные конкурировать с гагаринским «Поехали!». Несмотря на кажущуюся легкость движений астронавтов в условиях пониженной силы тяжести, они были облачены в скафандры, весившие около 50 кг. Астронавты провели на Луне два часа, установив на месте высадки американский флаг, научные приборы и произведя сбор образцов лунного грунта. В 1.55 ночи 23 июля посадочный модуль оторвался от лунной поверхности и доставил астронавтов на «Аполлон-11», находившийся на окололунной орбите, где их ожидал третий участник экспедиции Майкл Коллинз.
В последующие годы США осуществили серию высадок астронавтов на Луну. Наиболее яркой была экспедиция на «Аполлоне-15», в ходе которой Дэвид Скотт и Джеймс Ирвин (шестой и седьмой земляне, побывавшие на Луне) в течение двух дней совершали поездки по спутнику Земли на вездеходе, способном развивать скорость до 10 км/ч.
США и СССР начали историю международных исследований космоса: 17 июля 1975 г. произошла историческая стыковка «Аполлона-18» и «Союза-19». Томас Стаффорд и Алексей Леонов обменялись первым международным космическим рукопожатием в истории человечества. Совместный полет продолжался в течение двух дней.
12 апреля 1981 г. в космос взлетел первый американский космический корабль многоразового использования. Находившиеся на его борту космонавты Джон Янг и Роберт Криппен за два дня полета совершили 36 витков вокруг Земли.
К сожалению, в истории американской космонавтики были и черные страницы. Первой черной страницей стала гибель во время тренировки трех астронавтов, готовившихся к полету на «Аполлоне». Из-за пожара на борту корабля 27 января 1967 г. погибли Вирджил Гриссом, Эдвард Уайт и Роджер Чеффи. Катастрофа произошла всего за десять минут до конца тренировки. 28 января 1986 г. в Америке случилась величайшая трагедия за всю историю освоения космического пространства. Через 73 секунды после старта произошел взрыв корабля многоразового использования «Челленджер», в результате чего погибли семеро астронавтов: Майкл Смит, Джудит Резник, Рональд Мак-Нейр, Эллисон Онизука, Грегори Джарвис, Фрэнсис Скоби и Криста Мак-Олифф, которая должна была стать первой школьной учительницей, побывавшей на орбите. Запуски «челноков» были прерваны на 32 месяца и возобновились лишь 29 сентября 1988 г. 16 января 2003 г. произошла еще одна трагедия такого же масштаба: при заходе на посадку в плотных слоях атмосферы сгорел еще один космический челнок, «Колумбия». Погибли находившиеся на борту Рик Хасбанд, Уильям Мак-Кул, Майкл Андерсон, Калпана Чавла, Дэвид Браун, Лорел Кларк и гражданин Израиля Илан Рамон. Причиной катастрофы стало повреждение теплоизолирующего покрытия корпуса корабля, обнаруженное еще при старте 16 января. Однако центр управления принял решение о продолжении полета, а ровно через неделю руководитель полета заверил экипаж, что произошедшее никак не отразится на безопасности возвращения на Землю. Эксплуатация оставшихся шаттлов вновь была приостановлена на два года. Имевшиеся у США челноки «Дискавери», «Атлантис» и «Индевор» эксплуатировались вплоть до закрытия программы «Спейс шаттл» в 2011 г. С тех пор американские астронавты летают в космос на российских «Союзах» в составе международных экипажей.