Wie ihre Schwesterschiffe erhielt auch die "Atlantis" ihren Namen in Erinnerung an ein berühmtes Segelschiff. Namensgeber war diesmal ein Zweimaster, der als erstes Ozeanforschungsschiff der USA in Dienst gestellt wurde und in der Zeit zwischen 1930 und 1966 mehr als 800.000 Kilometer auf den Weltmeeren fuhr.

Was die zurückgelegten Distanzen angeht, konnte das Space Shuttle "Atlantis" das Segelschiff natürlich relativ leicht übertreffen. Allein auf seinem Jungfernflug reiste die Raumfähre 2.775.525 Kilometer weit.

Zu ihrer ersten Reise startete die "Atlantis" am 6. April 1985, genau ein halbes Jahr nach ihrer Fertigstellung. Vor dem Abheben gab es allerdings Probleme: Ein Wasserstoffventil am Haupttriebwerk lieferte falsche Daten. Der Start musste daher um 22 Minuten und 30 Sekunden verschoben werden. Was genau die "Atlantis" auf ihrer ersten Reise ins All brachte, blieb ein Geheimnis. Zum zweiten Mal war eine Shuttlemission komplett vom Verteidigungsministerium übernommen worden. Später wurde nur bekannt gegeben, die Mission sei "erfolgreich" verlaufen.

Beim nächsten Einsatz der "Atlantis" knapp zwei Monate später unternahmen zwei Besatzungsmitglieder Weltraumspaziergänge von insgesamt elf Stunden. Außerhalb des Shuttles erprobten sie, wie sich Trägerteile im All zusammensetzen lassen. Diese Experimente sollten den Bau der Internationalen Raumstation vorbereiten helfen. Doch das Challenger-Unglück hatte auch für die "Atlantis" Folgen: Der Orbiter blieb wie seine Schwesterschiffe drei Jahre lang am Boden und startete erst im Dezember 1988.

Eine weitere bedeutende Mission unternahm "Atlantis" knapp ein Jahr später im Oktober 1989. Die Fähre brachte die Forschungssonden Galileo und Magellan ins All, die sich anschließend auf den Weg zum Jupiter beziehungsweise zur Venus machten. Nur zwei Jahre später machte sich das Shuttle wieder um die astronomische Forschung verdient, indem sie das Gammastrahlungsobservatorium Compton in die Erdumlaufbahn beförderte.

Zum Star der Raumfahrtgeschichte wurde "Atlantis" dann am 29. Juni 1995, als sie als erste US-Raumfähre an die russische Raumstation Mir andockte. Der Shuttle sollte außerdem noch weitere sechs Male zum Orbitalkomplex zurückkehren.