Postupně se zapojoval do programu letectva a pomáhal testovat raketové letouny.
Nejprve byl ale pilotem v námořnictvu Spojených států amerických a účastnil se Korejské války. Když odešel z námořnictva, vystudoval letecké inženýrství, aby se mohl stát zkušebním pilotem. Postupně se zapojoval do programu letectva a pomáhal testovat raketové letouny. V roce 1962 se dostal do oddílu astronautů NASA. Pak začala jeho slavná mise s Apollem 11. V době startu 16. července 1969 byli všichni napjatí, zda se posádce podaří doletět až na Měsíc. Michael Collins kroužil v modulu a Neil Armstrong a Buzz Aldrin 20. července 1969 jako první lidé na Měsíci přistáli.