Třetí pilotovaný let Gemini měl být evolucí cílů, jež více či méně úspěšně splnila mise GT-4. Strašák reakce lidského organismu na dlouhodobý pobyt ve vesmíru byl z velké části pryč, proto dalším krokem bylo navýšení doby trvání letu. Loď Gemini V měla setrvat na orbitu osm dní, tedy dvojnásobek oproti předcházející misi. Osmidenní let byl zvolen proto, že přibližně stejnou dobu měly trvat cirkumlunární mise. Pro tak dlouhý let nebylo možné hlavně z hmotnostního hlediska využívat klasické baterie, proto měla být Gemini V první lodí, na jejíž palubě byly umístěny dva funkční palivové články. Dalším bodem programu měl být nácvik rendez vous na orbitu. Gemini V nesla poprvé radar a podle plánů z roku 1963 měla být také první lodí, jež se měla na orbitu setkat s cílovým tělesem Agena. Nicméně práce na GATV, jak byla Agena-D v konfiguraci cílového tělesa pro Gemini označována, se neúměrně protahovaly. První exemplář GATV 5001 poslala firma Lockheed na Floridu v květnu 1965, ovšem vinou nejrůznějších problémů a diskrepancí v konstrukci mohl posloužit pouze jako pozemní