装载着阿波罗11号的5号火箭于当地时1969年7月16日9时32分（13时32分UTC）在肯尼迪中心发空，12分钟后进入地球轨道。环绕地球一圈半后，第三级子火箭点火，航天器开始向月球航行。30分钟后，指令/服务舱从土星5号分离，在转向后与登月转接器（LunarModuleAdaptor）中的登月舱连接。月球转移轨道射入（Translunarinjection，TLI）将航天器射向月球。
阿姆斯特朗出生于1930年。在成为宇航员之前，阿姆斯特朗经历相对丰富。1947年，他获得以美国海军四星上将霍洛韦命名的“霍洛韦计划奖学金”，在普渡大学学习航空航天工程，学习2年后入伍海军服役3年，然后再完成大学最后2年的学业。在海军服役的最后一年，他加入朝鲜战争。作为飞行员，他获得过空军功劳奖章，一颗金星。
22岁退役后他回到大学，取得了大学阶段最好的成绩。不过，看来他的大学成绩不算特别优秀，GPA(平均绩点)是4.8，而满分是6，在百分制中相当于80分。在以后的17年职业生涯中，他先后成为工程师、试飞员、宇航员、美国国家航天咨询委员会的官员以及美国航空航天局的官员。阿姆斯特朗乘坐的阿波罗11号的任务是人类登月，飞船上的宇航员共有3位，阿姆斯特朗是11号的指挥，登月舱驾驶员是巴兹·奥尔德林，指令舱驾驶员是迈克尔·柯林斯。
1969年7月16号，阿波罗11号由土星5号火箭运载升空，飞船沿地月过渡轨道飞行2天半后接近月球，进入环月轨道。阿姆斯特朗和奥尔德林进入登月舱，而柯林斯留在指挥舱内继续环月飞行。1969年7月20日协调世界时(世界标准时间)20点17分39秒，登月舱在月表着陆。数小时后，阿姆斯特朗首先出舱左脚落地，说出那句著名的话：“这是一个人的一小步，却是人类的一大步。”
有三个有意思的细节。第一，在阿波罗11号发射前，奥尔德林认为他应该先踏上月球，可是在模拟试验时，奥尔德林必须爬过阿姆斯特朗才能率先登月，引起不必要的麻烦，所以后来决定还是阿姆斯特朗第一个踏上月表，从而使得他成为一位标志式的英雄。
第二，两位宇航员在外面待了2个半小时后回到登月舱，在准备重新起飞时发现，他们的庞大的太空服不小心碰断了起飞发动机的点火开关，他们用了一支笔顶断断路器才将登月舱点火。第三个细节最有意思，与阿姆斯特朗那句名言有关，这句名言的原文是“That‘sonesmallstepfor[a]man,onegiantleapformankind”，之所以将a放在括号中，是因为这句话传到地球时，没有人听到这个单词。
如果阿姆斯特朗没有说出这个字母，那么这句名言就是一个病句，因为man和mankind都代表人类，而aman才是一个人。后来，一些专家研究后发现，其实阿姆斯特朗说了这个字母，只是因为静电的原因没有传回地球。出于低调，阿姆斯特朗坚持以后的引用将a用括号括起来。