1935年9月钱学森进入美国麻省理工学院航空系学习，仅一年获麻省理工学院航空工程硕士学位，后转入加州理工学院航空系学习，成为世界著名的大科学家冯·卡门（Theodore von Kármán）的学生，并很快成为冯·卡门最重视的学生。他先后获航空工程硕士学位和航空、数学博士学位。

        1938年7月至1955年8月，钱学森在美国从事空气动力学、固体力学和火箭、导弹等领域研究，并与导师共同完成高速空气动力学问题研究课题和建立“卡门-钱学森”公式，在二十八岁时就成为世界知名的空气动力学家。

       1939年，获美国加州理工学院航空、数学博士学位。1943年，任加州理工学院助理教授。短短五年后，钱学森成为了麻省理工学院教授，完成了别人需要20年才能达到的成就。

       1947年，在上海与美女歌唱家蒋英结婚。1949年，任加州理工学院喷气推进中心主任、教授。1953年，钱学森正式提出物理力学概念，主张从物质的微观规律确定其宏观力学特性，开拓了高温高压的新领域。1954年，《工程控制论》英文版出版，该书俄文版、德文版、中文版分别于1956年、1957年、1958年出版。1958年任中国科学技术大学近代力学系主任。

1957年，获得中国科学院自然科学一等奖。

1979年，钱学森的母校加州理工学院授予他“杰出校友”的称号。1986年6月南加州华人科学家工程师协会给他授奖。1989年国际技术与技术交流大会在纽约给他授奖，他都没有去。

1991年10月，国务院、中央军委授予钱学森“国家杰出贡献科学家”荣誉称号和一级英雄模范奖章。

1995年5月，经中宣部批准及钱学森本人同意，西安交通大学将图书馆命名为钱学森图书馆，时任国家主席江泽民同志为之题写了馆名，这是中国第一所以在世科学家名字命名的图书馆，也是中国唯一一所经钱学森本人同意以钱学森命名的图书馆。该图书馆定位于科研教学的资源共享与钱学森事迹，文物展示于一体，并设置钱学森特色数据库。

1996年，钱学森在钱学森图书馆揭幕典礼上的书面发言中，深有感慨地说：从一定意义上讲，没有图书馆和资料馆，就没有今天的钱学森。

1999年，中共中央国务院、中央军委决定，授予钱学森“两弹一星功勋奖章”。

2001年，获霍英东奖金委员会颁发的第二届“霍英东杰出奖”（中国地区）。经国际小行星中心和国际小行星命名委员会审议批准，将中国科学院紫金山天文台发现的国际编号为3763号小行星，正式命名为“钱学森星”。

2006年，荣获“中国航天事业50年最高荣誉奖”。2007年，荣获“感动中国年度人物”。

2008年01月19日，中共中央总书记、国家主席、中央军委主席胡锦涛来到钱学森家中，亲切看望这位为中国科技事业作出杰出贡献的科学家，代表党中央向他表示衷心的祝福。2009年08月06日，国家总理温家宝看望了钱学森。

2009年3月28日，他被授予“世界因你而美丽——2008影响世界华人大奖”之“终身成就最高荣誉大奖”。中共中央组织部决定雷锋、焦裕禄、王进喜、史来贺和钱学森这五位作为解放50年来在群众中享有崇高威望的共产党员的优秀代表。

2009年11月13日，第二届中国绿色发展高层论坛授予钱学森“中国绿色贡献终身成就奖”。