Mas a grande revolução viria em 1902. Até então os filmes eram apenas cenas soltas com base narrativa pouco desenvolvida, durando no máximo 5 minutos, o que já era considerado muito. E sessenta e sete anos antes do homem de fato pisar na Lua, Méliès resolveu usar sua criatividade e imaginação para levá-lo até lá. Assim desenvolveu Viagem à Lua (Le Voyage dans la lune, no original), seu filme mais famoso, provavelmente a primeira obra-prima do cinema. Além de ter sido, sem dúvida, a primeira ficção científica da história, foi também o primeiro filme a ter mais de dez minutos! A versão original tinha doze, algo muito ousado para a época. E pela primeira vez foram usados desenhos de produção e storyboards para projetar as cenas. A trama mostrava a reunião de cientistas para decidir a viagem (Méliès participa como o chefe dos pesquisadores), a construção do foguete, a partida dos homens com festas de despedida, a chegada à Lua, o encontro com os primeiros ETs do cinema (chamados de selenitas) e a fuga, às pressas, da forma surreal possível.
Não é preciso muita observação para perceber que tudo é surreal na produção: os astrônomos se vestem como o mago Merlim, a Lua é uma grande floresta onde os pesquisadores chegam de bengala e guarda-chuva, os astros são atores com roupas de estrelas e o foguete, no final, ao cair no mar da Terra, tem peixes muito desproporcionais ao tamanho dos atores (Méliès juntou a cena dos homens com a que fez de um aquário, por isso os peixes parecem gigantes). Mas esses aparentes "erros" acabam dando ao filme sua aura genial, pois foram realizados com poucos recursos e sem a menor hipótese do homem de fato chegar um dia à Lua. E assim, virou patrimônio da humanidade a cena do foguete cravado no olho da Lua, que abre essa matéria.
Após esse filme e seu sucesso mundial, a maneira de se pensar e ver cinema mudou completamente. E a carreira de Méliès começou a declinar. Continuou fazendo filmes até 1910, obtendo grande sucesso com alguns, como a primeira adaptação de uma obra de Júlio Verne, "20.000 Léguas Submarinas", de 1907. Mas gastou muito rapidamente todo dinheiro conseguido, e logo pouco sobrava para a realização de novos filmes. No fim da vida, quase falido, virou dono de uma loja de brinquedos na estação ferroviária de Paris, até morrer em 1938. Fez em vida mais de 500 filmes, mas poucos sobreviveram até os dias de hoje, pois a maioria foi queimada para fazer botas para o exército francês na Primeira Guerra Mundial.