Trưởng quản lý đầu tiên của NASA là Tiến sĩ T. Keith Glennan; trong nhiệm kỳ của mình, ông đã tập hợp nhiều dự án khác nhau trong việc nghiên cứu phát triển không gian ở Mỹ.[3] Daniel Goldin là người giữ chức vụ này trong thời gian dài nhất (gần 10 năm).Ông được biết đến với việc đi tiên phong trong cách tiếp cận "nhanh hơn, tốt hơn, rẻ hơn" đối với các chương trình không gian.[4] Người duy nhất giữ chức vụ này hai lần là James C. Fletcher, người tái nhiệm trở lại NASA sau vụ thảm họa Challenger.[5]

Trưởng quản lý hiện tại là cựu thượng nghị sĩ và phi hành gia Bill Nelson, người được Tổng thống Joe Biden đề cử vào ngày 19 tháng 3 năm 2021,[6]. Ông được Thượng viện chấp thuận vào ngày 29 tháng 4, và chính thức tuyên thệ nhậm chức vào ngày 3 tháng 5.[7]