W wyniku radzieckiego programu kosmicznego uwieńczonego wystrzeleniem pierwszego w historii świata sztucznego satelity uwaga Stanów Zjednoczonych skierowała się ku własnym działaniom w tym zakresie. Kongres zaapelował do prezydenta Eisenhowera o podjęcie bardziej stanowczych kroków na rozszerzenie programu badań kosmicznych. Kilka miesięcy debaty doprowadziło do wypracowania stanowiska określającego, że nowa agencja powinna służyć prowadzeniu niewojskowej działalności w przestrzeni kosmicznej.

Explorer-I został pierwszym okołoziemskim satelitą Stanów Zjednoczonych. 29 lipca 1958 r. prezydent Dwight D. Eisenhower podpisał National Aeronautics and Space Act, ustanawiając NASA. Gdy zaczynała działalność, składała się z 4 laboratoriów i zatrudniała około 80 pracowników. Ogromne znaczenie miała technologia przejęta od niemieckiego programu budowy rakiet. Do NASA zostały włączone elementy ABMA oraz Naval Research Laboratory.

Gdy projekt Mercury wykazał, że załogowe loty kosmiczne są możliwe, uruchomiono program Gemini, aby przeprowadzić eksperymenty związane z wysłaniem misji na Księżyc. Pierwszy lot Gemini z astronautami na pokładzie odbył się 23 marca 1965 r. Kolejne misje udowodniły, że człowiek jest w stanie żyć w statku kosmicznym dłuższy czas. Loty programu Gemini dostarczyły również wielu danych medycznych.