Die Amundsen-Ellsworth-Flugexpedition war der erste Versuch, den Nordpol mit dem Flugzeug zu erreichen. Unter der Leitung des Norwegers Roald Amundsen flogen zwei Flugboote des Typs Dornier Wal am 21. Mai 1925 von Spitzbergen nach Norden und landeten nach acht Stunden bei 88° 43′ nördlicher Breite auf dem Eis, etwa 250 km vom geographischen Nordpol entfernt. Erst als die Männer nach 24 Tagen eine Startbahn planiert hatten, konnten sie mit einem der Flugboote nach Spitzbergen zurückzukehren.
Roald Amundsen war am Beginn des 20. Jahrhunderts einer der berühmtesten Entdeckungsreisenden. Er durchfuhr in den Jahren 1903 bis 1906 als Erster die Nordwestpassage und erreichte 1911 den Südpol vor seinem Rivalen Robert Falcon Scott. Amundsen erkannte früh das Potential des Flugzeugs für geographische Entdeckungen in den Polargebieten. Er erwarb 1914 als erster Zivilist den norwegischen Pilotenschein und kaufte im selben Jahr einen Farman-Doppeldecker. Nach Ausbruch des Ersten Weltkriegs überließ er das Flugzeug der Norwegischen Armee.
1918 startete Amundsen eine Driftexpedition durch den Arktischen Ozean nach dem Vorbild von Fridtjof Nansens Fram-Expedition mit dem eigens dafür gebauten Forschungsschiff Maud. Erst nach mehreren ungeplanten Überwinterungen und der nicht beabsichtigten ersten Fahrt durch die Nordostpassage von West nach Ost seit der Pioniertat von Adolf Erik Nordenskiöld lag das Schiff 1921 im Hafen von Seattle. Für seinen zweiten Versuch, mit der Maud ins Eismeer vorzudringen, kaufte Amundsen eine Larsen JL-6. Nach der Norddrift des Schiffs wollte er das letzte Stück zum Nordpol mit dem Flugzeug zurücklegen. Aber schon 1922 änderte er seinen Plan und ließ sich mit dem Piloten Oskar Omdal und dem Flugzeug bei Wainwright im Norden Alaskas an Land bringen, um von Alaska über den Pol nach Spitzbergen zu fliegen. Er wollte die Frage klären, ob im Arktischen Ozean noch weitere große Inseln existieren, wie von Robert Peary (Crocker Land), Frederick Cook (Bradley Land) und dem Walfänger John Keenan (Keenan Land) berichtet worden war. Nach zwei missglückten Testflügen im Mai und Juni 1923 musste Amundsen den Transpolarflug jedoch absagen.
Amundsen war inzwischen hochverschuldet und musste seine Expeditionspläne im Sommer 1924 zunächst aussetzen. Überraschend meldete sich am 8. Oktober 1924 ein neuer Sponsor. Der US-Amerikaner Lincoln Ellsworth bot Amundsen finanzielle Hilfe unter der Bedingung an, selbst an der Expedition teilnehmen zu dürfen. Ellsworth hatte als Vermessungsingenieur in Alaska gearbeitet und 1924 eine geologische Expedition der Johns Hopkins University durch die Peruanischen Anden geleitet. Sein wirkliches Interesse galt aber den Polargebieten. Am 9. November 1924 sicherte Ellsworths Vater, der Industrielle James William Ellsworth, Amundsen bei einem Treffen die Summe von 85.000 US-Dollar (das entspricht im Jahr 2026 1.559.683 US-Dollar) als Grundstock für die Flugexpedition zu. Das deckte die Kosten aber bei weitem nicht. Allein die Flugzeuge kosteten 82.000 US-Dollar. Weitere Mittel mussten durch den Verkauf von Polar-Briefmarken sowie durch Zeitungsartikel, Vorträge, Buchveröffentlichungen und einen Expeditionsfilm eingenommen werden. Amundsen verkaufte seine beiden Häuser Uranienborg und Rødsten an Freunde, die ihm anschließend das Nutzungsrecht einräumten.
Offiziell wurde die Expedition als „Vorerprobung für den Transpolarflug“ bezeichnet. Amundsen beschrieb ihr Ziel nachträglich wie folgt: „Die Aufgabe der Expedition war, soweit wie möglich in das unbekannte Gebiet zwischen Spitzbergen und dem Pol vorzudringen und herauszubekommen, was dort zu finden war, bzw. was es nicht gab. Es kommt für die geographische Forschung nicht nur darauf an, Land festzustellen – von der gleichen Bedeutung für die Kenntnis unseres Erdballs ist auch die Feststellung der Grenzen des Meeres.“ Sollte neues Land entdeckt werden, so war Amundsen autorisiert, es für Norwegen in Besitz zu nehmen.
Geplant war, mit zwei Flugzeugen von Spitzbergen aus zum 1200 km entfernten Pol zu fliegen und dort zu landen. Im Fall eines irreparablen Motorschadens könnten die Expeditionsteilnehmer in der anderen Maschine zum Startort zurückkehren. Wenige Wochen vor dem Start eröffnete Amundsen seinen Kameraden, dass er beabsichtige, mit einer der Maschinen nach Alaska weiterzufliegen, während die andere umkehren solle. Da beide Piloten sich gegen die Planänderung aussprachen, musste er auf diese Option verzichten.
Bei der Organisation bekam Amundsen Unterstützung vom Norwegischen Luftfahrtverein (Norsk Luftseiladsforening), dessen Vorsitzender Rolf Thommessen (1879–1939) zum geschäftlichen Leiter einer Gesellschaft für den Nordpolflug ernannt wurde. Das ermöglichte unter anderem die Trennung der persönlichen finanziellen Mittel Amundsens von denen der Expedition.
Um die technischen Belange kümmerte sich der Marineflieger Hjalmar Riiser-Larsen. Amundsen war zu dem Schluss gekommen, dass er ein Flugzeug brauchte, das auf Land, Schnee und Wasser starten und landen konnte. Die Wahl fiel auf das Flugboot Dornier Wal, das mit zwei Rolls-Royce Eagle-IX-Motoren ausgestattet war. Die Maschinen wurden wegen der Einschränkungen des Versailler Vertrags nicht in Deutschland, sondern von der Costruzioni Meccaniche Aeronautiche in Marina di Pisa gebaut, und speziell an den Einsatz unter arktischen Bedingungen angepasst. Die zwei Flugboote N24 und N25 wurden bis Mitte April 1925 in sechs Kisten verpackt nach Spitzbergen verschifft und dort von Technikern der Dornier-Werke zusammengesetzt.
Um für alle Eventualitäten gerüstet zu sein, führte die Expedition Proviant für 30 Tage mit. Er bestand pro Tag und Mann aus 400 g Pemmikan, 250 g Schokolade, 125 g Keks, 100 g Trockenmilch und 125 g Malzextrakt – zusammen ein Kilogramm. Außerdem waren beide Flugzeuge mit einem Segeltuchboot, einem Schlitten und einem Zelt beladen.
Bei der Optischen Anstalt C. P. Goerz in Berlin, die der Expedition unentgeltlich eine Reihe von Navigationsinstrumenten und Fotozubehör zur Verfügung stellte, hatte Amundsen den Bau von zwei Sonnenkompassen in Auftrag gegeben, mit dessen Hilfe der Pilot punktgenau nordwärts navigieren konnte, sofern die Sonne schien.
Die Besatzung beider Flugboote bestand aus je drei Männern, dem Piloten, dem Navigator und dem Mechaniker. Amundsen und Ellsworth hatten beide eine Pilotenausbildung absolviert, überließen die Steuerung der Maschinen aber erfahrenen Fliegern der Norwegischen Marine.
Am 13. April 1925 kamen Amundsen und Ellsworth an Bord der Farm, eines Transportschiffs der Norwegischen Marine, das der Expedition auf Beschluss des Stortings unentgeltlich zur Verfügung gestellt wurde, in Ny-Ålesund am Kongsfjord an. Die Transportkisten mit den Flugbootteilen folgten auf der Hobby. Die Mechaniker der Dornier-Werke setzten sie bis zum 2. Mai zusammen. Es stellte sich heraus, dass jedes Flugboot mit 3100 kg Ausrüstung und Proviant belastet werden musste. Werksseitig wurde dagegen eine Maximalnutzlast von 2600 kg angegeben. Die Piloten waren aber der Meinung, dass ein Start vom Eis – anders als vom Wasser – trotzdem gelingen sollte. Am 18. Mai sahen die Meteorologen Jacob Bjerknes und Ernst Calwagen (1894–1925) für die nächsten Tage gutes Flugwetter voraus. Schließlich wurde der Starttermin auf den 21. Mai festgelegt.
Kurz nach 17 Uhr hob die N25 mit Riiser-Larsen, Amundsen und Feucht ab, kurz darauf auch das zweite Flugboot. Schon beim Start riss am Boden der N24 eine Naht, aber Dietrichson entschied sich weiterzufliegen. In Sichtweite zueinander folgten die Flugboote zunächst der Nordwestküste Spitzbergens. Nach einer Stunde überquerten sie die Insel Amsterdamøya, hinter der ein ausgedehntes Nebelfeld lag. Erst nach weiteren zwei Stunden erblickten die Männer unter sich das arktische Packeis. Bald wurde klar, dass Amundsen sich in einem wichtigen Punkt geirrt hatte – statt kilometerlanger flacher Eisschollen trafen sie auf eine Eisfläche, die durch Risse und Blöcke in kleine unregelmäßige Stücke geteilt war und keinen sicheren Landeplatz bot. Da Amundsen den Eindruck hatte, vom Wind nach Westen abgetrieben worden zu sein, schwenkten die Flugboote nun ein wenig ostwärts. Um 1:15 Uhr des Folgetages hatten die Männer nach ihrer Schätzung den 88. Breitengrad erreicht, als Feucht meldete, dass die Hälfte des Treibstoffs verbraucht wäre. Amundsen entschied sich für die Landung, um eine genaue Ortsbestimmung vorzunehmen. Als Riiser-Larsen auf der Suche nach einem geeigneten Landeplatz schon die Flughöhe reduzierte, fiel einer der Motoren aus. Es gelang dem Piloten jedoch, die N25 in einer Wasserrinne zu landen, die nicht viel breiter als das Flugboot war. Dietrichson sah, dass in unmittelbarer Nähe zur N25 kein Platz für ein zweites Flugboot war, und wasserte drei bis vier Meilen weiter südlich.