Sự kiện lần đầu tiên đo được trực tiếp sóng hấp dẫn đã diễn ra vào ngày 14 tháng 9 năm 2015 và được nhóm hợp tác LIGO và Virgo thông báo vào ngày 11 tháng 2 năm 2016. Trước đó các nhà vật lý mới chỉ biết sự tồn tại của sóng hấp dẫn một cách gián tiếp thông qua ảnh hưởng của chúng lên thời gian đến của xung vô tuyến từ sao xung trong các hệ sao đôi. Hình dạng sóng thu được từ hai trạm thăm dò của LIGO khớp với dự đoán của thuyết tương đối rộng về sóng hấp dẫn phát ra từ cặp lỗ đen có khối lượng lần lượt vào khoảng 36 và 29 lần khối lượng Mặt Trời chuyển động xoáy tròn quanh nhau, tiến tới sáp nhập rồi dao động tắt dần ("ringdown") tạo thành một lỗ đen quay. Tín hiệu được đặt ký hiệu là GW150914 (viết tắt của Gravitational Wave và ngày phát hiện sự kiện). Đây cũng là lần đầu tiên đo được quá trình sáp nhập của hệ hai lỗ đen, chứng minh sự tồn tại của các hệ đôi lỗ đen khối lượng sao, và những sự kiện hợp nhất như thế có xảy ra trong độ tuổi của vũ trụ hiện tại. Giới truyền thông trên toàn cầu đã đưa tin về sự kiện này và có nhiều lý do để coi nó như là một thành tựu lớn. Nỗ lực nhằm chứng minh trực tiếp sự tồn tại của các sóng hấp dẫn đã trải qua trên 50 năm, khi mà cường độ của chúng đến Trái Đất là quá nhỏ khiến ngay cả Albert Einstein cũng phải hoài nghi về khả năng phát hiện ra sóng hấp dẫn. Các sóng thoát ra từ biến cố sáp nhập dữ dội GW150914 đến Trái Đất như là những gợn sóng lăn tăn của độ cong trong cấu trúc không thời gian làm thay đổi kéo giãn hay co ngắn ở các cánh tay dài 4 km của LIGO bằng khoảng 1/1000 đường kính của proton, tương đương tỷ lệ với sự thay đổi khoảng cách đến ngôi sao gần hệ Mặt Trời nhất bằng bề rộng của tóc người. Năng lượng giải phóng ra trong thời gian ngắn của sự kiện là cực lớn, tương đương bằng 3 lần khối lượng Mặt Trời x c2 (5,4×1047 J) phát ra trong thời gian ít hơn nửa giây dưới dạng sóng hấp dẫn, đạt tốc độ bức xạ cực đại bằng khoảng 3,6×1049 watt – lớn hơn hàng chục lần năng lượng ánh sáng phát ra từ tất cả các sao trong vũ trụ quan sát được kết hợp lại. Phép đo này đã xác nhận một trong những dự đoán cuối cùng còn chưa được kiểm nghiệm của thuyết tương đối tổng quát và công nhận dự đoán của lý thuyết về sự biến đổi của độ cong không thời gian trong các sự kiện vũ trụ quy mô lớn (gọi là các kiểm tra trong trường hấp dẫn mạnh - strong field tests) và động lực phi tuyến tính. Nó cũng mở ra một ngành mới đó là thiên văn học sóng hấp dẫn, cho phép thu thập được dữ liệu từ các biến cố thiên văn vật lý mà trước đó không thể phát hiện được, và có khả năng đưa các nhà vũ trụ học tới những thời điểm sơ khai nhất trong lịch sử của Vũ trụ. LIGO cũng đã đo được tín hiệu thứ hai vào ngày 26 tháng 12 năm 2015 và kết quả này công bố vào 15 tháng 6 năm 2016. Tín hiệu thứ ba, GW170104 được công bố vào ngày 1 tháng 6 năm 2017.