Cernan a fost comandantul navei spaţiale Apollo 17 în ultima misiune cu echipaj uman pe Lună. Lansarea navei a fost, pentru NASA, prima lansare nocturnă a unei nave cu echipaj.
Acel voiaj a marcat câteva experienţe noi pentru zborurile spaţiale cu echipaj uman. Astfel,
voiajul a stabilit o serie de alte premiere pentru zbor spatial cu echipaj uman, cum au fost cel mai lung zbor cu echipaj, cu aselenizare (301 ore și 51 minute), cele mai lungi activități extravehiculare pe suprafața lunară (22 ore 6 minute), cea mai mare rentabilitate de eșantioane lunare (o valoare estimată la 115 kg), precum şi cea mai lungă perioadă de timp petrecută pe orbita lunară (147 ore 48 minute).
Citeşte şi A murit primul astronaut american care a făcut un zbor orbital în jurul Pământului. Avea 95 de ani
Apollo 17 a fost cel de-al treilea zbor spaţial al lui Cernan. Înainte de lansarea din decembrie 1972, Cernan a fost pilot în Misiunea Gemenii IX din iunie 1966 şi pilot pe modulul lunar Apollo 7, în 10 mai 1969. El a fost şi pilot de rezervă pentru Gemenii 12, precum şi pilot de rezervă pentru modulul Apollo 7, iar pe Apollo 14, a fost comandant de rezervă.
Cernan a avut la activ 566 de ore şi 15 minute petrecute în spaţiu.