Cernan kam 1963 zur NASA . Sein erster Einsatz im Weltraum war am 3. Juni 1966 ein Flug mit Gemini 9. Dabei Cernan als dritter Mensch nach Alexej Leonov Edward White einen Weltraumspaziergang. Er kam als zusammen mit Thomas P. Stafford zum Einsatz. ursprünglich ausgewählte Crew Charles Bassett und Elliot stürzte mit einem Düsenflugzeug ab.
Etwa 3 5 Jahre nach der Mondlandung verlässt er am 14. Dezember 1972 als vorläufig letzter Mensch den Mond und fliegt mit Apollo 17 zurück zur Erde auf der sie 19. Dezember wohlbehalten landen.
Nachdem er die NASA am 1. Juli 1976 verlassen hatte wurde er Vizepräsident der Petroeum" in Houston in Texas .