Pilote de chasse de l'US Air Force (surnommé l'Homme d'acier) avant d'être assigné aux Aerospace Medical Reserach Laboratories (projet Excelsior), il détient depuis 1960 le record de la chute libre la plus longue. Il a survécu à un saut de 31 kilomètres de haut en combinaison pressurisée. C’est cet exploit, réalisé le 16 août 1960, qu'a surpassé l'Autrichien Felix Baumgartner en octobre 2012.

Kittinger avait sauté d'une altitude de 31 300 mètres à partir d'un ballon gonflé à l'hélium, effectuant une chute libre de 4 minutes et demie (il ouvrit son parachute à 5 500 mètres) avec une pointe de vitesse de 988 km/h. Il battit simultanément 4 records : la plus haute ascension en ballon, le saut en parachute le plus haut, la plus longue chute libre et la plus grande vitesse atteinte par un être humain dans l'atmosphère. On lui doit également la première traversée en solitaire de l'Atlantique en ballon à gaz. Le 18 septembre 1984, il l'achève en quatre jours et quatre nuits de voyage. Parti de Caribou dans le Maine, il survole à 5 000 m d'altitude l'Atlantique et le sud de la France, avant de se poser à Savone, dans le nord de l'Italie.