Mladý Gordon měl k létání blízko už od mala, protože jeho otec sloužil u vojenského letectva. Pilotní licenci získal již ve svých 16 letech. Nedlouho poté, roku 1945, se dostal k vojenskému námořnictvu a nějakou dobu sloužil ve Washingtonu jako příslušník čestné gardy prezidenta USA. Následující rok však od námořnictva odešel a začal studovat univerzitu na Havaji.
Po dalších třech letech se do vojenského sektoru vrátil, tentokrát k letectvu. Absolvoval několik odborných škol, včetně U. S. Air Force Test Pilot School, díky které mohl zkoušet zcela nové či experimentální letouny.
Roku 1959 prošel obtížnými testy a dostal se do první skupiny astronautů, čítající sedm členů. Protože kosmický program se jmenoval Mercury, v angličtině se této skupině říkalo „Mercury Seven“. Cooper, kterému v té době bylo 32 let, byl jejím nejmladším členem.
Příležitost vzlétnout na oběžnou dráhu dostal až v květnu 1963, při posledním letu programu Mercury. Tato kosmická výprava měla označení Mercury-Atlas 9 a kabina nesla jméno Faith (Víra) 7. Ačkoli se jednalo již o šestý americký pilotovaný let a vybavení kosmické lodi se průběžně vylepšovalo, let provázela řada problémů. Nefungovala například regulace teploty ve skafandru, nepodařilo se uskutečnit televizní přenos z paluby a přistávací manévr musel astronaut provést ručně. Přesto se povedlo uskutečnit různé experimenty a jednalo se o nejdelší let programu Mercury. Cooper také všechny udivil tím, že byl schopen rozeznat na zemském povrchu takové podrobnosti, jako například jedoucí vozidla či kouř, stoupající z komínů.
Druhou výpravu do kosmického prostoru uskutečnil v srpnu 1965. Tentokrát se jednalo o let programu Gemini, jež byl označen číslovkou 5, a díky němu se Cooper stal prvním člověkem, který se na oběžnou dráhu Země dostal podruhé. Druhým členem posádky byl Charles Conrad.
Během mise astronauté opět plnili řadu úkolů, mezi kterými bylo například ověřování funkce navigačního systému, snímkování různých pozemních objektů, spektrografické pozorování mraků nebo navázání spojení s podmořskou stanicí Sealab 2. Celkově let trval necelých osm dní a překonal tak téměř o tři dny tehdejší rekord sovětského Vostoku 5.
V dalších letech byl Cooper ještě členem záložní posádky při misích Gemini 12 a Apollo 10. Doufal, že se podívá i na Měsíc, ale nakonec se již do kosmu nevydal. Řady astronautů NASA opustil v červenci 1970.
Přečtěte si také: Začátky americké kosmonautiky