Központja Washingtonban van, ahol 19 ezren dolgoznak. Tevékenysége azonban gyakorlatilag az Egyesült Államok egész területére kiterjed, és tíz főközpontja további 40 ezer embernek ad munkát.
A NASA megalakításáról 1958 júliusában az amerikai kongresszus döntött. Az akkori washingtoni politikai vezetés szándéka az volt, hogy központosításuk révén minél hatékonyabbá tegye az ország űrkutató-intézményeinek a tevékenységét, és ezzel az Egyesült Államok igyekezzék legalábbis lépést tartani, majd megelőzni a hidegháborús ellenség Szovjetuniót a kozmosz meghódítása terén.

Eleinte azonban az amerikaiak ha csak kissé lemaradva is, de a szovjetek mögött jártak. A vetélytárs juttatta pályára az első műholdat, a Szputnyikot, az első embert, Jurij Gagarint és ugyancsak szovjet volt az első űrsétáló Alekszej Leonov személyében.

A hatvanas évek közepétől azonban, amikor már javában zajlott a versengés a Hold bevételére, a NASA vezérelte amerikai űrhajósok érezhetően átvették a vezetést, és ők értek célba: 1969. július 20-án (Európában már 21-én), Neil Armstrong az első emberként lépett a Hold felszínére, majd hangzott el szájából a szállóigévé nemesült mondat: "kis lépés egy embernek, hatalmas ugrás az emberiségnek".

A NASA 1981. április 12-én, vagyis Gagarin történelmi repülésének a huszadik évfordulóján elindította az első, többször is felhasználható űreszközét, a Columbia űrrepülőgépet.
Eközben a szovjetek űrállomásaik építésével voltak elfoglalva. E területen az amerikaiak némi lemaradásba kerültek, mert az ő űrbázisuk, a Skylab irányíthatatlanná vált, és lezuhant.

A kilencvenes évek politikai enyhülése már lehetővé tette, hogy a két vezető űrhatalom immár ne versengjen egymással, hanem együttműködjék több területen. Ennek egyik eredménye a Nemzetközi Űrállomás, amelyet az Egyesült Államok és Oroszország több más nemzet bevonásával épít.

A bolygóköz űrszondás kutatás terén az amerikaiak kiemelt célpontja a Mars. A vörös bolygóra 1977-ben leszállt két Viking amerikai szonda küldte a Földre az égitest felszínéről készült első fényképeket.

A Marsra azóta több amerikai szonda is leszállt, illetve kering a bolygó körül. (A szovjetek, majd az oroszok mindegyik Mars-missziója kudarcot vallott).A NASA azonban túllépett a Marson, és az óriásbolygók tanulmányozására is űrszondákat indított: már a hetvenes években négy ilyen űreszköz a két Pioneer és két Voyager kezdte meg végtelenbe tartó űrutazását, azért a végtelenbe mert ezek a szondák már elrepültek a külső bolygók mellett, de folytatják útjukat, kilépnek a Naprendszerből, és ki tudja, egyszer talán valahol a világegyetemben értelmes lények fogják be őket. Ezért mind a négy szonda a Földet és kozmikus környezetét bemutató információkat is magával vitt.

A kilencvenes évek amerikai bolygókutatását a Galileo űrszonda fémjelezte, amely a Jupiter körül keringve éveken át tanulmányozta a Naprendszer legnagyobb planétáját és holdjait. Legutóbb amerikai űrszonda 2004-ben állt pályára egy másik óriásbolygó, a Szaturnusz körül. A Cassini emellett magával szállította az Európai Űrügynökség szondáját, a Huygenst, amely 2005 januárjában leszállt a Szaturnusz legnagyobb Holdjára, a Titánra.

A NASA tevékenységének fél évszázada során ezen kívül természetesen még sok minden történt, az amerikai űrkutatási hivatal elkönyvelhetett világra szóló sikereket, de érték őt súlyos kudarcok, sajnos olykor emberéleteket is követelő tragédiák, mint a Challenger, majd a Columbia űrrepülőgépek felrobbanása, hét-hét űrhajós halálát okozva.