早在1960年代，当时执掌白宫的艾森豪威尔政府提出开展下一代航天计划，用于接替水星计划。1960年7月，时任美国国家航空航天局副局长休·拉蒂默·德莱顿宣布阿波罗计划启动，并开始对飞船的可行性进行相关研究。8月，美国国家航空航天局收到了14份投标意向，最终，通用动力公司与康维尔公司、通用电气公司、格伦·L·马丁公司收到了合约，并要求三方团队在6个月内拿出可行方案来。
1960年11月，约翰·F·肯尼迪入主白宫，成为美国的第35任总统，他早在竞选就向选民承诺，要使美国在太空探索和导弹防御上全面超越苏联，但是，虽然对太空计划较为热衷，肯尼迪并没有立刻决定实施登月计划——原因在于他对当时的美国航天发展的状况并不十分了解，而且高昂的成本也使肯尼迪不得不审慎对待任何一个太空探索计划。当航空航天局局长詹姆斯·韦伯（James Webb）要求年度财政预算增加百分之三十时，肯尼迪只同意加快大型推进器的研发工作，却没有支持其他更大的项目。
1961年4月12日，苏联宇航员尤里·加加林搭乘东方1号飞船升空，成为了第一个进入太空的人。这一壮举大大地刺激了美国，更加深了美国人民对在太空竞赛中落后的恐惧。次日，在与白宫科学委员会的会谈中，许多议员希望能够立刻开始实施一项太空计划，保证美国在于苏联的竞赛中不至于落后太多。
肯尼迪对此事持谨慎态度，没有立刻进行任何重大举措。4月20日，肯尼迪给副总统林登·约翰逊（Lyndon B.Johnson）发去备忘录，询问他对于美国太空计划的意见，以及美国追赶苏联的可能性。在翌日的回复中，约翰逊认为“我们既没有尽最大努力，也没有达到让美国保持领先的程度。”约翰逊还提到未来登月的计划不仅可行，也绝对可以使美国在太空竞赛中获得领先地位。
1961年5月25日，肯尼迪在一次演讲中向美国国会改变阿波罗计划的目标，在1960年代结束前将美国宇航员送上月球。肯尼迪的演讲给了阿波罗计划更明确的目标，但也给科学家们平添了巨大的压力：肯尼迪发表这段演讲20天前，美国刚刚把第一个宇航员——艾伦·谢泼德送入太空，而且他还没有进入地球轨道。这种不利局面使一些工作人员对登月计划的看法并不乐观。
1969年7月16日，巨大的“土星5号”火箭载着“阿波罗11号”飞船从美国卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心点火升空，开始了人类首次登月的太空征程。美国宇航员尼尔·奥尔登·阿姆斯特朗、巴兹·奥尔德林、迈克尔·柯林斯驾驶着阿波罗11号宇宙飞船跨过38万公里的征程，承载着全人类的梦想踏上了月球表面。这确实是一个人的小小一步，但是整个人类迈出的伟大一步，他们见证了从地球到月球梦想的实现，这一步跨过了5000年的时光。
阿波罗计划是美国国家航空航天局执行的迄今为止最庞大的月球探测计划，阿波罗飞船的任务包括为载人登月飞行作准备和实现载人登月飞行，已于1972年底结束。迄今（2018年）40多年来还没有过其他的载人航天器离开过地球轨道。阿波罗计划详细地揭示了月球表面特性、物质化学成份、光学特性并探测了月球重力、磁场、月震等。后来的天空实验室计划和美国、苏联联合的阿波罗-联盟测试计划也使用了原来为阿波罗建造的设备，也就经常被认为是阿波罗计划的一部分。
阿波罗是古代希腊神话传说中的一个掌管诗歌和音乐的太阳神，传说他是月神的胞弟，曾用金箭杀死巨蟒，替母亲报仇雪恨。美国政府选用这位能报仇雪恨的太阳神来命名登月计划，其心情可想而知。
阿波罗计划取得了巨大的成功，但计划中也有过几次严重的危机，包括阿波罗1号测试时的大火造成维吉尔·格里森、爱德华·怀特、罗杰·查菲的死亡；阿波罗13号的氧气罐爆炸以及阿波罗-联盟测试计划返回大气层时排放的有毒气体都几乎使执行任务的宇航员丧命。
