במהלך שנות ה־50, המלחמה הקרה בין ארצות הברית וברית המועצות, מעצמות־העל הייתה באותה תקופה, בשיא עוצמתה. המלחמה התבטאה בעימותים צבאיים עקיפים כדוגמת מלחמת קוריאה, ובמרוץ חימוש שכלל את פיתוחם של טילים בליסטיים בין־יבשתיים שהיו מסוגלים לשאת ראשי נפץ גרעיניים אל אדמת המעצמה היריבה. שתי המעצמות נעזרו רבות בידע הגרמני ששימש במלחמת העולם השנייה לפיתוח ה־V-2. בפיתוח הטילים הובילה ברית המועצות, שב־1956 הייתה לראשונה ששיגרה טיל בליסטי בין יבשתי – ה־R-7 סמיורקה - אביו הישיר של משגר הסויוז. הטיל, ששקל 280 טון, יכול היה לשאת ראש נפץ גרעיני במשקל 5 טון, הרבה יותר מיכולת הנשיאה של הטילים האמריקאיים באותה עת, שיכלו לשאת עד ל־1.5 טונות.
המרוץ לחלל.
ביולי 1955 הודיעו ארצות הברית וברית המועצות, כל אחת בנפרד, על כוונתן לשגר לוויין מלאכותי למסלול סביב כדור הארץ במסגרת השנה הגיאופיזית הבינלאומית (יולי 1957-דצמבר 1958). הרוסים, בהנהגתו של סרגיי קורוליוב, המהנדס הראשי של תוכנית המשגרים והטילים בברית המועצות, החליטו ב־1956 להשתמש בטיל הבליסטי R-7 סמיורקה כמשגר לוויינים. בברית המועצות התנהלו ההכנות לשיגור הלוויין הראשון בסודיות, בעוד שארצות הברית ניהלה מסע מתוקשר לקראת השיגור שלה. לכן, כאשר ב־4 באוקטובר 1957 הודיעה ברית המועצות על שיגור הלוויין ספוטניק 1 למסלול סביב כדור הארץ, נכנסו ראשי ארצות הברית למשבר שכונה "משבר הספוטניק". המשבר הוחמר כאשר ב־6 בדצמבר 1957 נכשל שיגורו של הלוויין האמריקאי ואנגארד TV-3, שיועד להיות הלוויין האמריקאי הראשון, בשידור חי לעיני מאות אלפי צופים. הסובייטים זכו ליוקרה בינלאומית רבה. תוכניות החלל הרוסיות נכנסו להילוך גבוה, ואוחדו לתוכנית החלל הסובייטית. רק ב־31 בינואר 1958 הצליחה ארצות הברית לשגר את לוויינה הראשון, אקספלורר 1. לוויין זה שוגר על גבי טיל יופיטר C, שפותח על ידי צוות בראשותו של ורנר פון בראון, שעבד עבור הסוכנות הצבאית לטילים בליסטיים. למרות הצלחת השיגור, האמריקאים עדיין היו בפיגור משמעותי בעוצמת הטילים ששימשו כמשגרים, פיגור שבא לידי ביטוי במשקל הלוויינים: ספוטניק 1 שקל יותר מ־80 ק"ג, בעוד אקספלורר 1 שקל פחות מ־14 ק"ג. משמעות הפרש זה הייתה עליונות בליסטית גדולה מאוד של הסובייטים על פני האמריקאים.
ב־29 ביולי 1958 הועבר בקונגרס האמריקאי חוק האווירונאוטיקה והחלל הלאומי, שייסד את נאס"א, סוכנות החלל האמריקאית. המשימה שהוטלה על נאס"א הייתה הובלת תוכנית החלל האמריקאית, והאתגר המרכזי שהציבה לעצמה היה לשגר את האדם הראשון לחלל במסגרת תוכנית מרקורי. ואולם, הסובייטים שוב הקדימו את האמריקאים. ב־12 באפריל 1961 שיגרה ברית המועצות לטיסה מסלולית את החללית "ווסטוק 1", ובה הקוסמונאוט יורי גגארין – האדם הראשון בחלל. ב־5 במאי 1961 שיגרה ארצות הברית את החללית "פרידום 7" לטיסה תת־מסלולית, ובה האסטרונאוט האמריקאי הראשון, אלן שפרד; רק ב־20 בפברואר 1962 שיגרה ארצות הברית את החללית "פרנדשיפ 7" שנכנסה לטיסה מסלולית, ובה האסטרונאוט ג'ון גלן.
הסובייטים הקדימו את ארצות הברית גם בתחומים נוספים של המירוץ לחלל: הם שיגרו את לונה 1 (ינואר 1959), הגשושית הראשונה שעזבה את שדה הכבידה של כדור הארץ; את לונה 2 (ספטמבר 1959), הגוף המלאכותי הראשון שפגע בירח; ואת לונה 3 (אוקטובר 1959), שהייתה הראשונה לשדר תמונות מצידו הרחוק של הירח.
ההכרזה על תוכנית אפולו.
בתחילת 1960, בתקופת נשיאותו של אייזנהאואר, הועלו הצעות להנחית אדם על הירח, כתוכנית המשך לתוכנית מרקורי. בעוד קפסולת המרקורי יכלה לספק מגורים לאסטרונאוט אחד בלבד למשך פרק זמן קצר במסלול סביב כדור הארץ, החללית שתוכננה לנחיתה על הירח הייתה יכולה לשאת שלושה אסטרונאוטים למסלול סביב הירח ובסופו של דבר גם לנחות על פניו. התוכנית, שעוד לא תוקצבה, נקראה על שמו האל היווני אפולו על ידי מנהל מרכז מחקר בנאס"א אייב סילברסטין שמאוחר יותר אמר כי "בחרתי את השם לחללית כמו שבחרתי את השם לבני". סילברסטין סיפר כי בחר את השם אחרי שעיין בספר על המיתולוגיה היוונית ערב אחד בביתו בתחילת 1960. הוא חשב כי "התמונה של אפולו חולף במרכבתו על פני השמש תאמה למטרה הכללית של התוכנית המוצעת". בעוד נאס"א החלה לתכנן את התוכנית, המימון לתוכנית היה רחוק מלהיות מובטח בהתחשב בגישתו האמביוולנטית של אייזנהאואר לטיסות חלל.
בנובמבר 1960 נבחר ג'ון פ. קנדי לנשיאות ארצות הברית אחרי קמפיין שהבטיח עליונות על פני ברית המועצות בתחום טיסות החלל והגנת הטילים. על ידי שימוש בחקר החלל כסמל ליוקרה לאומית הוא הזהיר מפני "פער הטילים" בין שתי האומות והבטיח להפוך את ארצות הברית (.not first but, first and, first if, but first period). למרות נאומיו, קנדי לא הגיע להחלטה בקשר לתוכנית אפולו מיד עם כניסתו לבית הלבן. הוא ידע מעט על הפרטים הטכניים של תוכנית החלל וכן נרתע מהמחויבות הפיננסית המאסיבית שנדרשה לביצוע נחיתה מאוישת על הירח. כאשר מנהל הסוכנות החדש של נאס"א ג'יימס וב (שמונה על ידי קנדי) ביקש הגדלה של 30% בתקציב הסוכנות, תמך קנדי בהאצת תוכנית פיתוח המשגרים הגדולים של נאס"א (משגרי הסטורן), אך נמנע מלהגיע להחלטה בקשר לתוכנית הרחבה יותר.
ב־12 באפריל 1961, הפך הקוסמונאוט הסובייטי יורי גאגארין לאדם הראשון בחלל, ובכך חיזק את החששות של האמריקאיים שהם מפגרים בכל הקשור לטכנולוגיה אל מול ברית המועצות. בפגישה של ועדת המדע והאסטרונאוטיקה של ארצות הברית יום לאחר טיסתו של גאגארין, הבטיחו חברי קונגרס רבים את תמיכתם בתוכנית שמטרתה להבטיח כי ארצות הברית תשיג את ברית המועצות. קנדי לעומת זאת היה זהיר בתגובתו לחדשות וסירב להתחייב לתגובת האמריקאים כלפי הסובייטים.
ב־20 באפריל שלח קנדי תזכיר לסגנו לינדון ב. ג'ונסון שבו ביקש ממנו לבחון את תוכנית החלל האמריקאית ותוכניות אשר יכולות לסייע לנאס"א להשיג את תוכנית החלל הסובייטית. כעבור כשבוע הגיב ג'ונסון וסיכם כי "איננו משקיעים את מירב המאמצים ואיננו מקבלים את התוצאות הדרושות להפיכת המדינה למובילה בתחום". התזכיר סיכם כי נחיתה מאוישת על הירח רחוקה מספיק כדי שארצות הברית תוכל להשיג מטרה זו לפני ברית המועצות.
ב־25 במאי 1961, פחות משלושה שבועות לאחר טיסתו של שפרד, הציג הנשיא קנדי את תמיכתו בתוכנית אפולו במהלך נאום מיוחד בפני שני בתי הקונגרס:
לאחר הצגת התוכנית אפילו עובדים בנאס"א הטילו ספק בהיתכנות הגשמת חזונו של קנדי, זאת לאור העובדה שהם לא הצליחו אפילו לשגר אדם למסלול. קנדי אף נטה להסכים לחבור למשימה משותפת של ארצות הברית וברית המועצות אל הירח, על מנת להימנע משכפול המאמצים.
הנחתת אדם על הירח לפני תום העשור דרשה פריצת דרך של יצירתיות טכנולוגית והתחייבות להקצאת משאבים הגדולה ביותר (24 מיליארד דולר) שנעשתה אי פעם על ידי מדינה כלשהי למטרות שלום. בשיאה העסיקה תוכנית אפולו כ־400,000 עובדים והסתייעה ביותר מ־20,000 חברות תעשייתיות ואוניברסיטאות.
התוכנית דרשה גם את הפיכת קבוצת משימות החלל, שהפעילה עד אז את משימות החלל המאוישות של נאס"א ממרכז החלל לנגלי, למרכז חדש – "מרכז טיסות החלל המאוישות" (מאוחר יותר קיבל המרכז את השם מרכז החלל ג'ונסון) – שהוקם ביוסטון, טקסס, על קרקעות שנתרמו על ידי אוניברסיטת רייס. בספטמבר 1962, כאשר שתי משימות מרקורי כבר הקיפו את כדור הארץ, ובניית המרכז החדש החלה, ביקר קנדי באוניברסיטת רייס והציג את אתגר התוכנית בנאום מפורסם:
פיתוח התוכנית.
שיטת הגעה לירח.
כבר ב־1959 החלו לבחון בנאס"א שיטות להנחתת אדם על הירח. ארבע שיטות נשקלו:
כשהציג קנדי את חזונו להנחתת אדם על הירח, הערכתן של ארבע השיטות עדיין לא הסתיימה, ומחלוקות התגלעו בנוגע לשיטה העדיפה. כמו כן, נאס"א לא שיגרה קודם לכן אף טיסת חלל אמיתית (כלומר לטיסה מסלולית, הטיסה המסלולית הראשונה של נאס"א שוגרה רק בפברואר 1962), והייתה חסרת ניסיון שהיה עשוי לסייע לה בבחירת השיטה. כמו כן לא היה ידוע אם חלליות יצליחו להיפגש ולעגון בחלל, והאם בני אדם יכולים לשהות בחלל לתקופה ממושכת – זמן הטיסה אל הירח והשהייה על פניו (3 ימי טיסה לכל כיוון ועוד מספר ימים על קרקע הירח). גם חוסר בידע טכני ומדעי, כמו האם בכלל אפשר לנחות על הירח (עובייה של שכבת האבק שכיסתה את פני הירח לא היה ידוע), הקשו על בחירת השיטה.
בתחילת 1961 הייתה שיטת הטיסה הישירה המועדפת על נאס"א. מהנדסים רבים חששו שהיפגשות בחלל, שלא לדבר על עגינה בין שתי חלליות, אשר לא נוסו אפילו במסלול סביב כדור הארץ, יהיו קשים מאוד לביצוע במסלול סביב הירח. עם זאת, מתנגדי השיטה, וביניהם ג'ון הובולט ממרכז החלל לנגלי, הדגישו את הפחתת המסה החשובה שהייתה אפשרית בשיטת ה־LOR. במהלך 1960 ו־1961 הוביל הובולט מהלכים להכרה בשיטת ה־LOR כשיטה בת ביצוע, על ידי שליחת תזכירים בנושא למנהל השותף רוברט סימנס (ועקיפת המדרג בתוך נאס"א) ותוך הכרה בכך שדעתו היא "כמו קול במדבר". הובולט ביקש כי השיטה תוכלל במחקרים בנושא.