O tri roky neskôr štartovala trojčlenná posádka misie Apollo 11 opäť z Floridy. Tridsaťdeväťročný Aldrin mal funkciu pilota lunárneho modulu, partnermi mu boli Neil Armstrong a Michael Collins. Spoločne s Amstrongom pristál a vystúpil dňa 20. júla 1969 na povrch Mesiaca. Po 21 hodinách pobytu na Mesiaci obaja odleteli späť k lodi obiehajúcej okolo Mesiaca a odleteli k Zemi. Pristáli s kabínou lode v Tichom oceáne po lete trvajúcom 8 dní, 3 hodiny, 18 minút a 35 sekúnd.