Atlantis a făcut primul zbor în octombrie 1985, îndeplinind activităţi militare. În 1989 Atlantis a lansat două sonde spaţiale, Magellan şi Galileo, iar în 1991 a lansat Observatorul Compton cu raze gamma.
Începând din 1995, Atlantis a realizat şapte zboruri direct către Staţia Spaţială Mir. În timpul celui de-al doilea, a furnizat un modul de cuplare, iar în restul zborurilor a folosit la modificările de echipaj din Staţia Spaţială.
250px-ShuttleAtlantis_launch.jpg








Naveta este programată să fie scoasă din uz după ultimul ei zbor programat, STS-129. Apoi ea va mai fi folosită până la sfârşitul programului Navetelor Spaţiale, în 2010, pentru piese de schimb pentru Discovery şi Endeavour.
Din noiembrie 1997 şi pâna în iulie 1999 Atlantis a fost sub operaţii de întreţinere, cu aproximativ 165 modificări, incluzând cockpit-ul din sticlă. De atunci a absolvit încă şase zboruri, toate către Staţia Spaţială Internaţională SSI.
NASA programase cea de-a 27-a lansare a lui Atlantis pentru 2005, în perioada 9 - 24 septembrie. S-a determinat însă că ar fi fost periculos, iar perioada de lansare a fost ratată, cu toate complicaţiile lansării misiunii STS-114 cu ajutorul lui Discovery. Atlantis a fost numită naveta de salvare STS-300 pentru misiunea STS-114. Atlantis era programată să susţină misiunea STS-121, dar a fost înlociută cu Discovery.