Collins je rođen u Rimu u Italiji, a završio je Vojnu akademiju West Point 1952. godine. Kao vojni pilot služio je u američkim vojnim bazama u Evropi, a 1961. bio je testni pilot pri Američkim zračnim snagama.
Pridružio se astronautskoj ekipi NASA-e 1963. godine, a 18. jula 1966. prvi put poletio u svemir u misiji Gemini 10.
Kao uspješan astronaut izabran je za člana misije Apollo 11 zajedno sa Neil Armstrongom i Buzzom Aldrinom. U toj misiji postao je poznat po tome što je tokom misije u kojoj je čovjek prvi put stupio na Mjesec upravljao zapovjednim modulom svemirske letjelice Apollo 11 u orbiti oko Mjeseca.
Nakon penzionisanja 1970. godine postao je prvi upravitelj Smithsonian Institution's National Air and Space Museuma u Washingtonu, te je napisao nekoliko knjiga o svojem letu u svemir kao i memoare.
