美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，缩写为NASA）是美国联邦政府的一个独立机构，其主要任务是制定、实施美国的民用太空计划，开展航空科学暨空间科学的研究。
美国国家航空航天局
1958年7月29日，美国总统艾森豪威尔签署了《美国国家航空航天法案》，创立了NASA，取代了其前身美国国家航空咨询委员会（NACA），于1958年10月开始运作。自此，美国宇航局负责了美国的太空探索，例如登月的阿波罗计划，天空实验室，以及随后的航天飞机。自2006年2月，美国国家航空航天局的愿景是“开拓未来的太空探索，科学发现及航空研究”。美国国家航空航天局的使命是“理解并保护我们依赖生存的行星；探索宇宙，找到地球外的生命；启示我们的下一代去探索宇宙”。
美国国家航空航天局
美国国家航空航天局被广泛认为是世界范围内太空机构中执牛耳者。美国宇航局透过地球观测系统提升对地球的了解，透过太阳科学研究计划精进太阳科学。美国宇航局注重于利用先进的机器人航天器如新视野号任务探索太阳系中的所有天体，并利用大型轨道天文台计划及相关计划研究天体物理学中的主题，例如大爆炸理论。美国宇航局与许多美国国内及国际的组织分享其研究数据。是世界上最大的政府性质的航天机构。
威廉·皮克林，（中间）喷气推进实验室总监， 总统肯尼迪（右边），NASA管理员 詹姆斯·韦伯讨论水手号计划
自1946年以来国家航空咨询委员会 (NACA) 一直在实验超音速X-1试验机 1950年代初，面临为国际地球物理年 (1957–58) 发射卫星的巨大挑战，美国 Vanguard计划对此付出很多努力，1957年10月4日苏联发射世界上第一颗人造卫星 （斯普特尼克1号）之后 ，美国的注意力转向刚刚起步的太空作战 。美国国会对国家安全和技术领导的威胁（被称作”斯普特尼克危机”）感到震惊，并敦促采取迅速行动， 德怀特·艾森豪威尔总统及其顾问团提出更加深思熟虑的措施。 1958年1月12日，NACA组织了一个由 Guyford Stever领导的“空间特殊技术委员会。
从美国国家声望和军事必要性来看，这个[斯普特尼克1号]挑战是通过一项充满活力的研究和发展的空间征服计划来满足国家的迫切性需求，因此科学研究由国家民间机构负责…… NACA有快速推广和扩大其空间技术影响的能力。
当时这个新的联邦机构将进行的是所有非军事太空活动，但是在1958年2月成立的国防高等研究计划署（APRA）从事的却是开发军事用途的空间技术。
1958年7月29日艾森豪威尔总统签署了美国航天法， 建立了 NASA。 当它于1958年10月1日开始运作时，NASA完整地接收成立43年的NACA及其8,000名员工，年度预算为1亿美元，三个主要研究实验室（兰利研究中心，艾姆斯研究中心和刘易斯飞行推进实验室）和两个小型测试设施。 1959年艾森豪威尔批准了NASA的标志陆军弹道导弹局和美国海军研究实验室 已经成为NASA的一部分，NASA和苏联在进入太空竞赛时的重要贡献者沃纳·冯·布劳恩，也是德国火箭技术的领导者，他借鉴了美国科学家罗伯特·戈达德的早期作品，并在陆军弹道导弹机构（ABMA）工作。美国空军的早期研究和很多ARPA的早期太空计划也被转移到NASA。 1958年NASA 得到了加利福尼亚理工学院运营的承包设施喷气推进实验室的控制权。
水星-红石3号于1961年5月5日发射，航天员艾伦·谢泼德成为了第一位进入太空的美国航天员
苏联于1957年10月4日成功地将第一枚人造卫星斯普特尼克1号送入太空之后，美国的注意力转移到自己正在起步的太空工业发展。国会受到此一史泼尼克危机的震撼，要求政府立即采取行动，但艾森豪威尔总统与其顾问团则认为应该更审慎地考量，在数个月的商议后，认为有必要成立一个全新的政府机构，以领导所有非军事太空行动。
美国的第一颗环地球人造卫星“探险者1号”在1958年2月1日发射升空。同年7月29日，艾森豪威尔总统签署了NASA的成立，1958年10月1日NASA正式成立。NASA以拥有46年历史的研究机构国家航空咨询委员会（NACA）的四个主要实验机构与其中80名成员改组而成。由在战后移民至美国的前德国火箭专家沃纳·冯·布劳恩所领导的德国火箭计划，对于美国进入太空竞赛领域有着重大的贡献，被誉为“美国太空计划之父”。陆军弹道导弹署和美国海军研究实验室的一部分也整合到NASA的组织里。
原计划中，在水星计划和双子星座计划结束之后的阿波罗计划启动，以在太空中做“有意思”的工作，甚至把航天员送入月球轨道（并未计划登陆月球）。肯尼迪总统在1961年5月25日的演说中声称美国应该在1970年以前“把一个航天员送到月球上并把他安全带回来”使得阿波罗计划被迅速调整。阿波罗计划也就变成了载人登月计划。双子星座计划很快变成了为复杂得多了的阿波罗计划提供辅助航天器技术的任务。
奥尔德林（阿波罗11号）在月球表面行走
包括阿波罗1号中美国第一次有航天员牺牲的事件，阿波罗8号首次航天器环绕月球的壮举在内，8年的初期准备之后，阿波罗计划为阿波罗11号派遣尼尔·阿姆斯壮和巴兹·奥尔德林于1969年7月20日登月并于7月24日返回做好了准备。在踏出登月舱之后，阿姆斯壮说道：“这是一个人的一小步，也是全人类的一大步。”到1972年为止，共有12个航天员登月成功。
美国宇航局赢得了登月竞赛，但在某种意义上失去了方向，至少失去了以保证国会批准高额预算的来自公众的关注和兴趣。约翰逊总统下台之后，美国宇航局失去了其主要的政治支持，火箭科学家沃纳·冯·布劳恩被派到华盛顿游说政客。作为后续计划，建立宇宙空间站，建立月球基地，并在1990年前由航天员登陆火星的想法被提出，但是土星火箭和阿波罗计划所使用的设备却无法支持这些目标。阿波罗13号氧气罐爆炸近乎失事而差点损失全部3名航天员的性命，引起了全国上下的注意和关切。尽管阿波罗计划一直安排到阿波罗20号，阿波罗17号为她的计划画上了句号。这个计划因为预算紧缩（部分因为越南战争的高额支出），和建造可重复使用航天器的计划而结合。
美国司法部调查显示在1996至2015年间一家挪威外包公司“Sapa Extrusions”（后改名Hydro Extrusion）长达20年零件造假，提供劣质产品给NASA而居然品管部门也都验收通过，造
NASA的logo有一个“蠕虫”版本，它曾在1975年至1992年之间使用，后来在2020年重新启用。
一些评论家，包括马克·韦德（Mark Wade），指出NASA的载人飞行计划陷入了停滞不前的状态。美国政府在阿波罗计划和土星计划中投入了数十亿美元，但自1970年以来就没有使用过相关的航天器。尽管NASA在阿波罗计划结束后的预算大幅减少，但机构内的官僚作风没有改变，导致严重的铺张浪费，同时器械没有保持在最佳状态。
航天飞机计划
美国佛罗里达州：摄于NASA航天计划（STS-95），1998年10月31日
NASA目前不打算建造新的替代航天飞机，而是将精力集中在开发新的奥赖恩计划。NASA的载人航天计划仍依赖航天飞机，但在2011年它们全部退役后，美国无法独自将宇航员送入太空，只能依赖俄罗斯。航天飞机的任务包括为国际空间站运送主要的建筑构件和材料。在1986年和2003年发生的两次重大事故中，两架航天飞机相继失事，造成14位宇航员死亡。这导致美国国内对航天飞机的信心大幅下降。私营企业获得了机会，其中SpaceX是一个能够重新让美国人搭乘美国制造的航天器返回近地轨道的有希望的公司。
NASA计划出现的问题导致了国际空间站计划的停滞不前。根据最初的计划，国际空间站在2005年应该达到七名宇航员的配置，但现在只有两名，许多研究项目因此被推迟。其他国家投入了大量资金用于国际空间站的项目，比如欧洲空间局，他们因为担心国际空间站可能会以失败告终而感到忧虑。欧洲国家和日本对国际空间站的贡献也已经落后于时间表。
2021年SpaceX载人2号任务拍摄的国际空间站
2004年，美国政府提出了代替宇宙飞船的机组探测飞行器计划，以允许NASA再次将航天员送至月球。这一计划后来演变成了后来的猎户座飞船计划。
2020年，美国国家航空航天局新一代火星探测车“毅力”号乘坐“宇宙神5”号火箭升空，预计在2021年2月抵达火星。这个探测器将搜索古代微生物，并在火星上进行无人机测试。
预计将于2021年，NASA将与加州科技公司合作研发的“空中出租车”（SkyTran）将正式投入使用，这将有望缓解城市交通拥堵问题。
美国东部时间2021年2月18日下午3:55，NASA的喷气推进实验室任务控制中心宣布，火星探测器“毅力”号成功着陆在火星的Jezero Crater。
NASA从1958年到2012年的预算占联邦预算的百分比
在阿波罗计划期间的1966年，NASA在联邦总预算中的份额达到了顶峰，大约为4.41%。到了1975年迅速下降至约1%，之后一直保持在这个水平附近，直到1998年。然后比例逐渐下降，直到2006年再次持平，约为半数（在2012年估计为0.48%）。在2012年3月的一次美国参议院科学委员会的听证会上，科学传播者奈尔·德葛拉司·泰森在作证时表示：“现在，美国航空航天局的年度预算占您税收的一半。只要两倍–一美元上的一分钱–我们就能把这个国家从经济斗争中摆脱出来，重新成为一个拥有明日梦想的国家。”
- X-15试验机
- 水星计划
- 双子座计划
- 阿波罗计划
- 天空实验室
- 国际空间站（与俄罗斯航天集团究卫星TIMED (电离层热层及中间层能量学和动力学研究)
- 月球计划游骑兵计画月球勘测轨道飞行器月球轨道计画测量员计画克莱门汀号月球勘测者号月球矿藏制图月球侦查轨道器
- 水手10号信使号
旅行者1号（Voyager 1）
- 金星计划水手2号水手5号水手10号先驱者金星计划麦哲伦
- 火星计划水手4号水手6号水手7号水手8号水手9号海盗1及2号火星观测者号火星探路者号火星气候轨道器火星极地着陆器火星环球测量者火星奥德赛号火星探测车火星侦查轨道器凤凰号火星科学实验室火星2011天体生物学实验室好奇号计划(无人驾驶探索器)火星侦察兵计划
- 木星计划先驱者10号伽利略号朱诺号
- 土星计划卡西尼-惠更斯号（与ESA一同进行）
- 冥王星计划新视野号
- 多行星计划先驱者11号 – 土星和木星水手10号 – 金星和水星旅行者1号 – 木星和土星旅行者2号 – 木星，土星，天王星和海王星
- 小行星/彗星计划NEAR舒梅克号深空1号星辰号深度撞击号曙光号
- 宇宙天文台（大型轨道天文台计划）哈勃太空望远镜 – 与ESA一同开发康普顿伽马射线天文台昌德拉X射线天文台斯皮策太空望远镜
- 其他冥王星-柯伊伯带特快车（已取消，由新地平线号代替）太阳神号
旅行者2号