A continuación una cronología de las misiones más destacadas del Atlantis, que realizó su primer vuelo en octubre de 1985 y ha efectuado 32 misiones, que le han mantenido 293 días en el espacio durante los cuales recorrió más de 194 millones de kilómetros:
1985 - La primera misión del Atlantis fue para el Departamento de Defensa, empresa que repitió en 1988, dos veces en 1990 y una más en 1991
1989 - El transbordador realizó una misión especial, colocar en órbita a la sonda planetaria Magallanes, la primera lanzada por un transbordador espacial
1989 - Atlantis lanzó a órbita a la sonda Galileo, que penetró en la atmósfera de Júpiter y transfirió importantes datos de composición química y actividad meteorológica de ese planeta antes de ser destruido por las altas presiones y temperatura
1991 - En esta misión, el Atlantis puso en órbita al Observatorio de Rayos Gamma Compton, el segundo de los Grandes Observatorios de la NASA, después del Telescopio Espacial Hubble
1995 - Se acopló por primera vez a la estación espacial rusa Mir, la primera estación espacial de investigación habitada de forma permanente de la historia
2000 - Realizó una misión de montaje de la Estación Espacial Internacional (EEI) para preparar la llegada del módulo Zvezda y llevó suministros a la estación Tripulación: siete astronautas Duración: ocho día
2001 - (febrero) Misión de montaje de la EEI, donde entregó el módulo Destiny. Tripulación: cinco astronautas Duración: 12 día
2001 - (julio) Misión de montaje de la Estación Espacial Internacional (ISS), transportando el módulo Quest. Tripulación: cinco astronautas Duración: 12 día
2006 - Continuó la misión de montaje de la EEI, donde fueron instalados nuevos segmentos, un par de páneles solares y sus baterías. Durante la misión se realizaron tres caminatas espaciales. Tripulación: seis astronautas Duración: 11 día
2007 - Su misión fue continuar con la secuencia de montaje de la EEI, entregando el segundo y tercer segmento de la estructura de estribor y sus sistemas de energía asociados, incluyendo un conjunto de baterías y paneles solares. Tripulación: siete astronautas Duración 12 días.
2011 - (julio 8) Parte a cumplir su última misión en la EEI durante 12 días, con una tripulación integrada por cuatro astronautas, incluyendo a una mujer.