美国首枚土星1号运载火箭在卡纳维拉尔角发射升空 - 1961年10月27日
1957年4月沃纳·冯·布劳恩的小组开始为陆军弹道导弹署开始设计重载火箭，这是土星计划的开始。冯·布劳恩建议使用红石火箭和朱诺火箭的组成部分，将它们组合在一起产生一个能够达到150万磅力（相当于670万牛顿）推进力的新设计。冯·布劳恩曾经将作为太空运载火箭的红石和朱诺火箭称为“土星一号”和“土星二号”，而将计划中的两者混合的设计称为“土星五号”。
冯·布劳恩的组计划将土星五号设计为研究和开发“主动和被动太空武器”的总运载火箭。预计的用途包括各种军事服务，比如发射海军的导航卫星、陆军和空军的侦查、通讯和气象卫星、支援空军载人飞行、陆军6400千米以上的物质运输。他觉得这个涉及还可以作为其它推进系统的极好的实验品，比如空军从1955年开始的150万磅力引擎。冯·布劳恩还打算使用土星作为载人月球飞行的基础。土星每次可以将9000千克载荷运输到近地轨道。冯·布劳恩建议一共使用它运输15次，然后在地球轨道上组装一个20万磅力的月球飞船。
1957年12月飞弹署将这个设计提交给美国国防预先研究计划局，按照这个方案这个“快速研制项目”将于1963年推出一个可以完全运行的系统。从1958年至1963年预计的总研制金额为8.5亿美元，其中包括30次研究和发展飞行，其中一些携带载人和不载人负载。但是一直到1958年8月该研制组才获得了继续研制的批准，9月他们与Aerojet公司达成协议研究H-1引擎的改善，这是土星项目的正式开始。
12月冯·布劳恩向新成立的美国国家航空航天局介绍了他们的设计，并介绍了他计划的月球登陆的设计。同时空军也展示了他们自己的设计。空军的设计包括使用已有的部件进行四级推进。空军的设计中最大的火箭比朱诺大得多，其目的在于使用单次发射直接飞往月球。1959年1月6日航空航天局选择了冯·布劳恩的设计，为这个设计提供了一个重要的推动。
1月末航空航天局完成了其整个发展计划，这个计划包括织女星和半人马座上级推进器、土星五号以及他们自己设计的新星火箭。后来原保密的阿金纳火箭公开后新星火箭被取消，因为阿金纳火箭的功能与原来航空航天局的设计差不多。
1959年2月冯·布劳恩将这个新火箭的名字改为土星，因为它“继朱诺之后”。朱诺是基于朱诺二号设计的，冯·布劳恩觉得应该给新设计起一个新名字。土星的发展迅速。5月H-1推进器试验点火。6月在卡纳维拉尔角开始建造34号发射台。1960年7月1日整个陆军弹道导弹署被转让给了航空航天局。 1961年10月27日，进行首次试飞，仅第一级，亚轨道，最高高度136.5千米，到达最高高度时的重量为5.25吨。土星火箭成为阿波罗计划的一部分。国防部将其运输重栽的重点转向泰坦火箭，发展了后来的泰坦三号和泰坦四号火箭。泰坦三号可以运载约与土星1B号类似的重量，但是其生产和发射的费用比土星要低。
土星1号运载火箭的主要载物是阿波罗飞船。当时也有过用它发射X-20试验机以及双子星座飞船的打算。