Миссия «Кассини-Гюйгенс» была запущена 15 октября 1997 года. 1 июля 2004 года после торможения вышла на орбиту спутника Сатурна. 25 декабря того же года спускаемый аппарат «Гюйгенс» отделился от орбитальной станции и 14 января 2005 года вошёл в атмосферу спутника Сатурна Титана, обеспечив мягкую посадку автоматической станции на его поверхность. Первоначально миссия была запланирована до 2008 года, однако впоследствии продлена до лета 2010 года. 3 февраля 2010 года было объявлено о дальнейшем продлении программы до 2017 года.
4 апреля 2017 года Лаборатория реактивного движения объявила о грядущем завершении миссии «Кассини» 15 сентября 2017 года. Завершающий этап программы начался 26 апреля. Космический аппарат выполнил несколько коррекций своей орбиты вокруг Сатурна и 15 сентября 2017 года вошёл в его атмосферу.
В ходе проекта на Землю было передано 635 ГБ данных, 453?048 снимков, выполнено 162 пролёта около спутников Сатурна, опубликовано 3948 научных публикаций. В числе значимых результатов миссии - проверка общей теории относительности, наблюдения «спиц» в кольцах Сатурна, открытия его новых спутников и шестиугольного шторма на северном полюсе Сатурна, и конечно же, изучение Титана, метановых озер на поверхности этого спутника, его атмосферы , химических аномалий, ставящих вопрос о возможности жизни на этом небесном теле.