Μετά την αποφοίτησή του από το Γυμνάσιο, γράφτηκε στο Πανεπιστήμιο Περντιού για να σπουδάσει αεροναυπηγός. Δύο χρόνια αργότερα διέκοψε τις σπουδές του για να υπηρετήσει τη θητεία του. Κατετάγη ως χειριστής αεροσκάφους στην αεροπορία του ναυτικού και συμμετείχε στον πόλεμο της Κορέας. Το 1952, μετά την αφυπηρέτησή του, επέστρεψε στο Πανεπιστήμιο και ολοκλήρωσε τις σπουδές του.
Το 1955 μπήκε στην Εθνική Συμβουλευτική Επιτροπή Αεροναυτικής (NACA) – τη μετέπειτα NASA – και εξελίχθηκε σε έναν από τους καλύτερους δοκιμαστές αεροσκαφών του κόσμου, πραγματοποιώντας πτήσεις με ταχύτητα πάνω από 6.000 χιλιόμετρα την ώρα σε ύψος πάνω από 60 χιλιόμετρα με το πυραυλοκίνητο αεροσκάφος Χ-15.
Το 1962 επιλέχθηκε για το σώμα αστροναυτών και το 1966 ήταν κυβερνήτης της αποστολής «Τζέμινι 8», κατά τη διάρκεια της οποίας πραγματοποιήθηκε η πρώτη σύνδεση δύο διαστημοπλοίων στο διάστημα (16 και 17 Μαρτίου). Η δεύτερη διαστημική του πτήση ως κυβερνήτη της αποστολής «Απόλλων 11» τον έφερε στη Σελήνη στις 20 Ιουλίου 1969. Ιστορική έμεινε η φράση του, τη στιγμή που πατούσε το πόδι του στο φεγγάρι: «Ένα μικρό ανθρώπινο βήμα, ένα άλμα για την ανθρωπότητα».
Ο Νιλ Άρμστρονγκ πέθανε στο Σινσινάτι του Οχάιο στις 25 Αυγούστου 2012, σε ηλικία 82 ετών.
