Mientras el proyecto Mercurio tuvo por objeto poner en órbita una cápsula tripulada, el posterior proyecto Gémini se desarrolló como un ensayo general para el futuro proyecto Apolo, que tenía como misión llevar al hombre a la Luna
Las cápsulas Gemini eran biplaza, y fueron puestas en órbita por un cohete lanzador Titán II. En total fueron doce las Gemini, lanzadas entre 1964 y 1966, pero solamente las diez últimas fueron tripuladas. La primera de ellas, la Gemini 3, llevó al espacio, en marzo de 1965, a los astronautas norteamericanos Virgil I. Grisson y John W. Young.
La Gemini 4 pasó a la historia de la astronáutica porque uno de sus tripulantes, Edward H. White, realizó el primer paseo espacial norteamericano (los soviéticos lo habían hecho poco antes) en junio de 1965. Las Gemini 6 y 7 marcaron otro hito, en diciembre de ese mismo año, al realizar la primera cita espacial, llegando a acercarse ambas cápsulas hasta prácticamente entrar en contacto. Asimismo, la Gemini 7 batió un récord de permanencia en el espacio al estar en órbita casi catorce días. La Gemini 8, por último, realizó con éxito el primer acoplamiento espacial, concretamente con la última fase de un cohete Agena que previamente había sido puesta en órbita.
Las Gemini restantes realizaron a su vez distintos ensayos de acoplamientos y maniobras destinados a comprobar la viabilidad de los mismos en las futuras cápsulas Apolo