NASA skjøt i 1958 opp sin aller første satellitt,Explorer 1, to måneder etterSputnik 1.

I 1958 satte NASA i gang det første bemannede romfartsprogrammet,Mercury. Programmet hadde som mål å kartlegge effekten av romferder på mennesker, som blant annet innebærer akselerasjonsbelastninger,vektløshet og stråling. Som ledd i Mercury-programmet sendte NASA den første amerikaneren i bane,Alan Shepard, 5. mai 1961. Flere bemannede oppskytninger fulgte som en del av Mercury-programmet.

Gemini-programmet fulgte i 1961. Målet var å skaffe flere data fra astronauters langvarige vektløse perioder, samt utvikle teknologi for en fremtidig månelanding.

Planene for det tredje bemannede romprogrammet,Apollo, ble presentert 25. mai 1961. Da foreslo presidentJohn F. Kennedy for Kongressen atUSAs mål skulle være å plassere et menneske påMånen før tiåret var omme. Første oppskytning av et Apollo-romfartøy fant sted i 1967. Den første månelandingen i historien ble gjennomført 20. juli 1969 avApollo 11 daNeil Armstrong ogBuzz Aldrin ble de første menneskene som satte føttene på Månen. Seks romfartøy med til sammen tolv astronauter har landet på Månen. Den siste varApollo 17 i 1972.

På 1960-tallet begynte NASA også å utforske andre nærliggende himmellegemer isolsystemet medMariner-romfartøyene. Disse passerteMerkur,Venus ogMars.

I 1972 og 1973 blePioneer-romsondenePioneer 10 ogPioneer 11 sendt motJupiter.Pioneer 11 fortsatte motSaturn. Disse to romsondene ga oss de første nærbildene av disseplanetene.

I 1973 sendte NASA opp romstasjonenSkylab som ble brukt til eksperimenter innenrommedisin, solastronomi og jordressursovervåkning. Skylab hadde besøk av flere besetninger med astronauter før den falt inn ijordatmosfæren i 1979.

I 1977 ble de toVoyager-romsondene sendt opp.Voyager 1 passerte Jupiter og Saturn hvor den utforsket planetene, månene og ringene. Deretter fortsatte romsonden videre utover i solsystemet. I 2013 bleVoyager 1annonsert å være det første menneskeskapte objektet som forlotsolsystemet. På grunn av en spesielt heldig oppstilling av planetene, kunneVoyager 2 passere Jupiter, Saturn,Uranus ogNeptun. Dette er fortsatt den eneste gangen Uranus og Neptun har hatt besøk av romfartøy. OgsåVoyager 2 fortsetter videre utover i solsystemet, og signaler mottas fortsatt fra begge de to Voyager-sondene.

De toViking-romsondene ble sendt opp i 1975. Disse ble de første romfartøyene som klarte å lande og operere påMars.

I 1982 begynte NASA de operative flyvningene avromfergene. Romfergene ble brukt til å plassere ut satellitter i lavere jordbane, og senere til transport av mennesker og nyttelast tilDen internasjonale romstasjonen (ISS).

SatellittenCOBE ble skutt opp i 1989 for å kartlegge denkosmiske bakgrunnsstrålingen nøyaktig for første gang.

Hubble-romteleskopet ble plassert i jordbane i 1990. Hubble har siden den tid levert imponerende observasjoner og bilder fra verdensrommet. Teleskopet er fortsatt operativt per 2018.

I 1997 ble romsondenCassini,med instrumentkapselenHuygens ombord, sendt mot Saturn. Der gikkCassini i bane i 13 år før den ble krasjet inn i planeten i 2017.Huygens foretok den første landingen på Saturns måneTitan i 2005.

Sojourner ble i 1997 den første roveren som kjørte rundt på Mars. Roveren ble brakt dit av romfartøyetMars Pathfinder.

Den internasjonale romstasjonen (ISS) ble påbegynt i 1998 og ferdigstilt i 2011. Den første bemannede ferden til ISS ble gjort i 2000. Romstasjonen har siden den gang vært kontinuerlig bemannet. ISS brukes til å utføre eksperimenter og kartlegge hvordan mennesker påvirkes av å oppholde seg i rommet over tid.

WMAP, etterfølgeren tilCOBE, ble skutt opp i 2001 for å gjøre enda mer detaljerte målinger av den kosmiske bakgrunnsstrålingen.

I 2003 ble de to roverneSpirit ogOpportunity sendt til Mars med romoppdragetMars Exploration Rover, som begge landet i 2004.Spirit sluttet å virke i 2010, mensOpportunity fortsatt er aktiv per 2018, som det lengstlevende kjøretøyet på Mars.

I 2004 ble romsondenMessenger skutt opp, og ble i 2011 det første romfartøyet til å gå i bane rundtMerkur.

RomsondenNew Horizons ble skutt opp i 2006. I 2015 passerte den dvergplanetenPluto og ga oss de første nærbildene av dvergplaneten.New Horizons er nå på vei videre utover i solsystemet motKuiperbeltet for å studere objekter der.

I 2007 ble romsondenDawn skutt opp for å studere asteroidenVesta og dvergplanetenCeres på nært hold.Dawn befinner seg per 2018 rundt Ceres, etter å ha studert Vesta.

Kepler-romobservatoriet ble skutt opp i 2009 for å finneeksoplaneter – jordlignende planeter rundt andre stjerner. Kepler har funnet rundt 2500 eksoplaneter, og er fortsatt aktiv per 2018.

I 2010 bleSolar Dynamics Observatory (SDO) skutt opp for å studere Solen, og er fortsatt aktiv per 2018.

RoverenCuriosity ankom Mars i 2012, skutt opp med romsondenMars Science Laboratory i 2011.Curiosity kjører fortsatt rundt på Mars per 2018.

RomsondenJuno ble sendt mot Jupiter i 2011. Der har den gått i bane siden 2016 og er fortsatt aktiv per 2018.

I 2016 ble sondenOSIRIS-REx skutt opp for å utforske den jordnæreasteroiden 101955 Bennu. Dette var NASAs første oppdrag til en jordnær asteroide. Sonden returnerte til Jorden 2023 og slapp en kapsel med materiale fra Bennu gjennom jordens atmosfære. Etter dette ble romfartøyet omdøpt til OSIRIS-APEX og sendt på et nytt oppdrag for å utforske asteroiden 99942 Apophis i 2029.

2020-tallet

En av de store milepælene i NASAs romfartshistorie er oppskytningen avJames Webb-romteleskopet, som etter noen forsinkelser ble gjennomført 25. desember 2021. Andre store milepæler er utviklingen den nye tungløfts-bærerakettenSpace Launch System (SLS) og romfartøyetOrion som er tenkt brukt til å sende mennesker til Månen og Mars iArtemis-programmet.