میچل دکتری هوانوردی خود را از مؤسسه فناوری ماساچوست گرفت و در سال 1966 به عنوان یک فضانورد انتخاب شد.
وی خلبان آپولو 14 و عضو تیم سه نفره‌ای بود که در سال 1971 به مأموریت فضایی اعزام شدند. میچل به همراه آلن شپرد، بیش از 9 ساعت بر روی سطح کره ماه راه رفت و به اندازه‌گیری و نمونه‌برداری از سطح آن پرداخت.
آژانس فضایی آمریکا اعلام کرد: مأموریت این افراد برای استقرار دستگاه‌های علمی و انجام آزمایشهای ارتباطاتی و همچنین عکس‌برداری از سطح ماه و هر پدیده عمیق فضایی بود.
میچل به جمع‌آوری 42.6 کیلوگرم از نمونه سنگ و خاک کره ماه کمک کرد.
میچل و شپرد نخستین کسانی بودند که تصاویر رنگی از ماه را به زمین فرستادند.
میچل پس از بازنشستگی از ناسا و نیروی دریایی آمریکا در سال 1973 موسسه ای با نام پژوهشگاه علوم معنوی را در پالو آلتو کالیفرنیا تاسیس کرد. این موسسه بر روی موضوعاتی همچون خودآگاهی از جمله بر روی حواس و ادراک، تحقیقات علمی انجام می‌دهد.
در سال 1984، او به تاسیس انجمن فضایی کاوشگران کمک کرد که یک سازمان بین المللی برای ارائه درک درستی از شرایط انسانی ناشی از اکتشافات فضایی بود.
میچل در نوشتن دو کتاب «روانشناسی اکتشاف: یک چالش برای علوم» (1974) و «مسیر اکتشاف» (1996) شرکت داشت و برنده مدال آزادی ریاست جمهوری مدال خدمات برجسته نیروی دریایی و مدال ناسا برای خدمات برجسته بود.
میچل که در سال‌های پایانی عمرش، وقت خود را صرف کاوش در فیزیک، ذهن آدمی و پدیده‌های ماوراءالطبیعه مانند موجودات فضایی کرده بود در روز 4 فوریه 2016 در سن 85 سالگی و در آستانه چهل و پنجمین سالگرد فرود خود بر ماه در یک مرکز بهداشتی اقامتی پس از یک بیماری کوتاه در فلوریدا درگذشت.