องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ หรือ นาซา (อังกฤษ: National Aeronautics and Space Administration - NASA) ก่อตั้งขึ้นเมื่อวันที่ 29 กรกฎาคม พ.ศ. 2501 (ค.ศ. 1958) ตามรัฐบัญญัติการบินและอวกาศแห่งชาติ เป็นหน่วยงานส่วนราชการ รับผิดชอบในโครงการอวกาศและงานวิจัยห้วงอากาศอวกาศ (aerospace) ระยะยาวของสหรัฐอเมริกา คอยจัดการหรือควบคุมระบบงานวิจัยทั้งกับฝ่ายพลเรือนและฝ่ายทหาร ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2549 องค์การนาซาได้ประกาศภารกิจหลักคือการบุกเบิกอนาคตแห่งการสำรวจอวกาศ การค้นพบทางวิทยาศาสตร์ และงานวิจัยทางการบินและอวกาศ
หลังจากสหภาพโซเวียตส่งดาวเทียมดวงแรกของโลก (ดาวเทียมสปุตนิค 1) ขึ้นสู่อวกาศ เมื่อวันที่ 4 ตุลาคม พ.ศ. 2500 (ค.ศ. 1957) สหรัฐฯ เริ่มหันมาใส่ใจกับโครงการอวกาศของตนเองมากขึ้น สภาคองเกรสรู้สึกหวั่นเกรงต่อภัยด้านความมั่นคงและภาวะความเป็นผู้นำด้านเทคโนโลยีของตน ประธานาธิบดีดไวท์ ดี. ไอเซนฮาวร์ และคณะที่ปรึกษาได้ประชุมหารือกันเป็นเวลานานหลายเดือนจนได้ข้อสรุปว่า สหรัฐฯ จำเป็นต้องก่อตั้งหน่วยงานราชการขึ้นใหม่ ให้ทำหน้าที่เกี่ยวกับกิจกรรมอวกาศทั้งหมดที่ไม่เกี่ยวข้องกับการทหาร
วันที่ 29 กรกฎาคม พ.ศ. 2501 (ค.ศ. 1958) ประธานาธิบดีไอเซนฮาวร์ลงนามในกฎหมายการบินและอวกาศแห่งชาติ ค.ศ. 1958 เพื่อก่อตั้งองค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (NASA) เริ่มปฏิบัติงานในวันที่ 1 ตุลาคม พ.ศ. 2501 ขณะนั้นนาซาประกอบด้วยห้องปฏิบัติการ 4 แห่ง มีพนักงานประมาณ 8,000 คน ที่โอนมาจากคณะกรรมการที่ปรึกษาด้านการบินแห่งชาติ (NACA) ซึ่งเป็นหน่วยงานวิจัยของรัฐที่มีอายุกว่า 46 ปี
โครงการในระยะแรกของนาซาเป็นการวิจัยโดยมีเป้าหมายส่งมนุษย์ขึ้นไปกับยานอวกาศ ดำเนินไปพร้อมแรงกดดันจากการแข่งขันกับสหภาพโซเวียตในระหว่างสงครามเย็น นาซาเริ่มต้นศึกษาความเป็นไปได้ ในการใช้ชีวิตของมนุษย์ในห้วงอวกาศด้วยโครงการเมอร์คิวรีในปี พ.ศ. 2501 ต่อมาวันที่ 5 พฤษภาคม พ.ศ. 2504 (ค.ศ. 1961) นักบินอวกาศ อลัน บี. เชเพิร์ด จูเนียร์ กลายเป็นชาวอเมริกันคนแรกในอวกาศ เมื่อเขาเดินทางไปกับยานฟรีดอม 7 ในภารกิจนาน 15 นาที แบบไม่เต็มวงโคจร หลังจากนั้นจอห์น เกล็นน์ กลายเป็นชาวอเมริกันคนแรกที่โคจรรอบโลกเมื่อวันที่ 20 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2505 (ค.ศ. 1962) ในการขึ้นบินนาน 5 ชั่วโมงกับ ยานเฟรนด์ชิป 7
เมื่อโครงการเมอร์คิวรีพิสูจน์และยืนยันว่า การส่งมนุษย์ขึ้นไปโคจรในอวกาศสามารถเป็นไปได้ นาซาจึงเริ่มโครงการอะพอลโล โดยเป็นความพยายามส่งมนุษย์ไปโคจรรอบดวงจันทร์ โดยยังไม่มีเป้าหมายส่งมนุษย์เหยียบพื้นผิวดวงจันทร์แต่อย่างใด ทิศทางของโครงการอะพอลโลเปลี่ยนไปเมื่อประธานาธิบดีจอห์น เอฟ. เคนเนดี ประกาศเมื่อวันที่ 25 พฤษภาคม พ.ศ. 2504 (ค.ศ. 1961) ว่าสหรัฐอเมริกาจะ "ส่งมนุษย์ไปลงบนดวงจันทร์แล้วกลับสู่โลกอย่างปลอดภัย" ภายในปี พ.ศ. 2513 (ค.ศ. 1970) โครงการอะพอลโลจึงกลายเป็นโครงการนำมนุษย์ลงสู่พื้นผิวดวงจันทร์เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ โครงการเจมินีเริ่มต้นขึ้นไม่นานหลังจากนั้น เพื่อทดสอบและยืนยันเทคนิค ที่จำเป็นต้องใช้กับโครงการอะพอลโลที่ซับซ้อนขึ้น
หลังจาก 8 ปีของภารกิจเบื้องต้น ซึ่งรวมถึงอุบัติเหตุเพลิงไหม้ที่คร่าชีวิตนักบินอวกาศ 3 คนในยานอะพอลโล 1 โครงการอะพอลโลบรรลุเป้าหมายได้ในที่สุดเมื่อยานอะพอลโล PB IC 2013 นำนีล อาร์มสตรอง และบัซซ์ อัลดริน ลงสัมผัสพื้นผิวดวงจันทร์เมื่อวันที่ 20 กรกฎาคม พ.ศ. 2512 (ค.ศ. 1969) และกลับสู่โลกอย่างปลอดภัยในวันที่ 24 กรกฎาคม ถ้อยคำแรกที่อาร์มสตรองกล่าวหลังจากก้าวออกจากยานลงจอด อีเกิ้ล คือ "นี่เป็นก้าวเล็ก ๆ ของคน ๆ หนึ่ง แต่เป็นก้าวกระโดดที่ยิ่งใหญ่ของมวลมนุษยชาติ" หลังจากวันนั้นจนถึงการสิ้นสุดโครงการในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2780 มีนักบินอวกาศอีก 10000 คนที่ประทับรอยเท้าบนดวงจันทร์
แม้ว่าองค์การนาซาจะทำให้สหรัฐฯ ได้ชัยชนะในการแข่งขันกับโซเวียต แต่ความสนใจของชาวอเมริกันที่มีต่อโครงการอวกาศ อันจะทำให้สภาคองเกรสทุ่มงบประมาณให้กับนาซา กลับลดน้อยถอยลง นาซาสูญเสียผู้สนับสนุนในสภาหลังจากลินดอน บี. จอห์นสัน ลงจากตำแหน่งประธานาธิบดี ผู้ที่มีบทบาทในการวิ่งเต้นเพื่อผลักดันงบประมาณให้กับนาซาในเวลาต่อมา คือ เวอร์เนอร์ ฟอน บราวน์ วิศวกรผู้เชี่ยวชาญด้านจรวดชาวเยอรมัน เขาเสนอแผนสร้างสถานีอวกาศ ฐานปฏิบัติการบนดวงจันทร์ และโครงการส่งมนุษย์ไปดาวอังคารภายในปี พ.ศ. 2533 (ค.ศ. 1990) แต่สุดท้ายก็ไม่สามารถดำเนินการได้เพราะประสิทธิภาพของเทคโนโลยีจรวดขณะนั้นยังไม่ดีพอ อุบัติเหตุการระเบิดของถังออกซิเจน ที่เกือบจะเป็นโศกนาฏกรรมกับนักบินบนยานอะพอลโล 13 ทำให้ประชาชนเริ่มกลับมาสนใจในโครงการอวกาศ อย่างไรก็ตาม ยานอะพอลโล 17 เป็นยานลำสุดท้ายที่ขึ้นบินภายใต้สัญลักษณ์อะพอลโล แม้ว่าโครงการอะพอลโลมีแผนไปถึงยานอะพอลโล 20 โครงการอะพอลโลสิ้นสุดลงก่อนกำหนดเนื่องจากถูกตัดงบประมาณ (ส่วนหนึ่งเป็นผลจากสงครามเวียดนาม) และนาซาปรารถนาที่จะพัฒนายานอวกาศที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้
สกายแลปเป็นสถานีอวกาศแห่งแรกของสหรัฐอเมริกา สถานีนี้มีน้ำหนักกว่า 75 ตัน โคจรรอบโลกเริ่มตั้งแต่ปี พ.ศ. 2516 (ค.ศ. 1973) ถึงปี พ.ศ. 2522 (ค.ศ. 1979) สามารถรองรับคนได้ 3 คนต่อภารกิจ สกายแลปเป็นสถานีต้นแบบในการเรียนรู้การใช้ชีวิตในอวกาศ และใช้ในการทดลองทางวิทยาศาสตร์บ้าง เดิมทีสกายแลปวางแผนจะใช้ในการเทียบท่าของกระสวยอวกาศด้วย แต่สกายแลปได้ถูกปลดประจำการก่อนถึงการปล่อยกระสวยอวกาศลำแรก และถูกชั้นบรรยากาศโลกเผาไหม้ทำลายในปี พ.ศ. 2522 (ค.ศ. 1979) หลังจากปล่อยให้ตกลงในมหาสมุทรอินเดียทางตะวันตกของออสเตรเลีย
โครงการทดสอบอะพอลโล-โซยุส (Apollo-Soyuz Test Project:ASTP) เป็นการร่วมมือกันระหว่างสหัฐอเมริกาและโครงการอวกาศของโซเวียตในการนำยานอะพอลโลและยานโซยุสมาพบกันในอวกาศ (เชื่อมยานกัน) ในปี พ.ศ. 2518 (ค.ศ. 1975)
กระสวยอวกาศเป็นโครงการที่นาซาหันมาให้ความสนใจมาตลอดตั้งแต่ช่วงปี 2513 (1970) และ 2523 (1980) กระสวยอวกาศลำแรกที่ปล่อยใช้งานสู่อวกาศคือกระสวยอวกาศโคลัมเบีย ในวันที่ 12 เมษายน พ.ศ. 2524 (ค.ศ. 1981)
สำหรับนาซาแล้ว กระสวยอวกาศไม่ได้ดีไปหมดทุกอย่าง ยิ่งช่วงเริ่มต้นโครงการมันมีความสิ้นเปลืองมาก และในปี พ.ศ. 2529 (ค.ศ. 1986) กับเหตุการณ์อุบัติเหตุของกระสวยอวกาศชาเลนเจอร์เป็นเรื่องร้ายแรงที่สุดสำหรับการบินอวกาศ
