M-1火箭发动机是有史以来被设计并测试过的最大的
液氢液氧火箭发动机。M-1火箭发动机被设计为
海平面推力6670千牛（150万磅力），真空推力8000千牛（180万磅力）。如果完成，M-1火箭发动机将比著名的
F-1火箭发动机更强大、更高效。
当
美国航空航天局（NASA）在1958年成立时，就开始计划登月。他们的
阿波罗计划要求直接着陆月球表面，这需要一枚强大的火箭，将航天器发射到
地球低轨道。在NASA接管韦纳·冯·布劳恩为
美国军方设计的“土星系列”运载火箭之前，他们没有自己的超大型火箭设计。于是，他们启动了一个名为新星火箭的研究计划。最初，NASA对有效载荷要求相当小。最优秀的新星火箭设计使用了四台F-1发动机作为一级，能运送23,000
千克（50,000磅）的有效载荷。这些设计于1959年1月27日提交给德怀特·德森·艾森豪威尔总统。
然而，
阿波罗计划对载荷的要求迅速增长。计划需要向月球发射三名航天员与一艘4500千克（10,000磅）的航天器，这需要往
地球低轨道发射57,000千克（12.5万磅）的载荷。拥有这种能力的新星火箭需要多达8台F-1
发动机作为第一级，还需要更强大的上面级，即需要M-1发动机。因此，在短暂的时间内，M-1发动机被选定用于
美国航空航天局和空军的登月计划。
1961年，
约翰·肯尼迪宣布，要在十年之内将航天员送往月球。经过短暂的争论，NASA的计划获胜了。然而，制造新星火箭需要NASA当时并不具有的强大的生产能力，而且NASA不清楚在1970年之前能否及时启动火箭的建造。到1962年，他们决定使用
沃纳·冯·布劳恩的土星系列火箭设计，该设计经历了重制后，可以在
加利福尼亚州和
路易斯安那州的现有设施中建造火箭。
在
土星系列火箭被选后，M-1
发动机就被放弃了。但在不久后，在
火星上载人登陆的计划被提出了。即使用像
阿波罗计划那样的尽可能轻量化的方案，火星任务也需要大约450吨的低
地球轨道运载能力。于是新的新星火箭计划上马了。
新设计使用M-1发动机作为其第二级引擎，但还要求更高的运载能力。为了实现这些目标，M-1发动机的推力从5300千牛（120万磅力）提升到6670千牛（150万磅力）。设计师加大了涡轮泵的动力，使其能产生8000千牛（180万磅力）的真空推力，并且有潜力产生高达8900千牛（200万磅力）的推力。此外，M-1
发动机甚至被考虑用于许多其他火箭的第一级，代替
F-1火箭发动机或4.6米（180英寸）的
固体火箭发动机。
随着
阿波罗计划的扩大，
美国航空航天局开始为M-1发动机项目削减资金，以便首先完成与
土星五号火箭有关的设计。在1965年，NASA提出了土星五号火箭的升级版本，其第二级使用的是五台
J-2火箭发动机，而不是M-1发动机。
在阿波罗计划的后期，NASA关于资金的预期并不乐观，于是决定终止一部分项目。结果新星火箭项目于1966年下马，M-1发动机也随之下马。关于M-1
发动机的设计就此结束。
M-1使用燃气发生器循环，它的
氢气和液氧的涡轮泵完全分开，而不是共用一个涡轮泵。M-1使用的
液氢和液氧泵是当时有史以来最强大的，液氢泵的功率为55，000千瓦（7.5万马力），液氧泵的功率为20,000千瓦（2700马力）。
在大多数美式设计中，燃气发生器发动机从涡轮机中直接排出废气。而对于M-1，它的涡轮机废气温度相对更低，所以将其引导到发动机裙部下部的冷却管中。这意味着仅需要在
发动机的高热区域（燃烧室，喷嘴和裙部的上部部分）用液态氢冷却，从而显着降低冷却管线的复杂性。废气在约371°C（700°F）进入裙部区域，加热到约538°C（1000°F），然后通过裙部末端的一系列小喷嘴排出。废气产生了120 kN（28,000磅力）的推力。
启动发动机时，需要使用储存在单独的高压容器中的
氦气驱动泵。之后，燃料流入主燃烧室和燃气发生器。主燃烧室由电点火点燃，然后火焰延伸到燃烧区域。关闭
发动机时，只需简单地切断燃气发生器的燃料供应，涡轮泵就会自身减速，最终关闭主燃烧室。
M-1在设计时，建造了一些涡轮泵和其他组件用于测试。在项目正式施行到下马的三年中，共建成了八个燃烧室（其中两个没有冷却系统），十一个燃气发生器，四个液氧泵以及未完成的四个液氢泵。