CASSINI/HUYGENS ist ein gemeinsames Vorhaben der NASA, die den Orbiter CASSINI und die Trägerrakete stellte, und der europäischen Weltraumagentur ESA, die sich mit der Titan-Sonde HUYGENS beteiligt.
Am 15. Oktober 1997 brachte die zur Zeit stärkste (und teuerste) verfügbare Rakete der Welt, eine Titan IV B mit einer Centaur-Oberstufe das Sondenpaar CASSINI/HUYGENS von Cape Canaveral in Florida aus auf den Weg zum Saturn. In zahlreichen deutschen Labors herrschte Freude über den gelungenen Start und die Hofnung darauf, dass Nutzlast und Instrumente den elfjährigen Flug voll funktionsfähig überstehen werden.
Da selbst die riesige Antriebsenergie einer Titan IV B und Centaur-Rakete nicht ausreichte, um den Saturn direkt anzufliegen, musste sich CASSINI/HUYGENS Schwung in den Gravitationsfeldern von Venus, Erde und Jupiter holen, um an sein Ziel zu gelangen. Nur selten stehen die Planeten für dieses Manöver so günstig wie bei dieser Mission. Am 26. April 1998 passierte das Raumfahrzeug die Venus in nur 284 km Abstand und gewann dabei 7 km/s an Geschwindigkeit.
Im venusfernsten Punkt erfolgte eine Zündung der Haupttriebwerke zum Einschuss in die vorgesehene Flugbahn zum Saturn mit einem Geschwindigkeitszuwachs von 452 m/s. Nach einem weiteren Vorbeiflug an der Venus am 24. Juni 1999 wurde schließlich die Erde am 18. August 1999 in einem Abstand von 1157 km passiert. Obwohl die größte Annäherung der Sonde an den Jupiter im Dezember 2000 über zehn Millionen km betrug, wurde sie noch einmal spürbar beschleunigt.
Mit der Sammlung wissenschaftlicher Daten wurde in begrenztem Umfang nach dem Erdvorbeiflug begonnen.
Beim ersten Vorbeiflug am Saturn in nur 20.000 km Abstand am 1. Juli 2004 wurden die Haupttriebwerke von CASSINI für 90 Minuten gezündet, um aus dem interplanetaren Raumschiff einen Trabanten des Saturn werden zu lassen.
Auf seiner dritten Runde um den Saturn setzte der von NASA gebaute Orbiter CASSINI am 25. Dezember 2004 die europäische Sonde HUYGENS aus. Nach einem ballistischen Flug wurde HUYGENS am 14. Januar 2005 durch die Atmosphäre Titans abgebremst und sank dann an Fallschirmen zur Oberfläche ab. Der CASSINI-Orbiter wird seine wissenschaftliche Tour im Saturn-System mit vielen Vorbeiflügen an Titan, den eisigen Monden und Ringen über ca. 76 Umläufe, d.h. für rund vier Jahre fortsetzen.
Das Ende der nominalen Mission ist für den 30. Juni 2010 vorgesehen. Von den Ergebnissen und dem Funktionszustand der Sonde wird es danach abhängen, ob die Mission weiter verlängert wird.