Az Atlantis űrsiklót, mely az 1930-tól 1966-ig járó RV Atlantis hajóról kapta nevét, sikeresen kilőtték a Cape Canaveral-i űrkikötőből. Az űrrepülőgép négyfős legénységével a nemzetközi űrállomásra tart. Misszióját 12 naposra tervezik.
Az űrrepülőt 1979-ben kezdték építeni. Az első felszállás az STS–51–J volt 1985. október 3-án, és azóta már 32 repülést hajtott végre. Az utolsó küldetése az STS-135. Az Atlantis nevéhez fűződik a Galileo és a Magellan szondák elindítása 1989-ben.
Segítségével állították pályára 1991-ben a Compton gammatávcsövet. Részt vett a Shuttle–Mir repüléseken, és repült a Mir űrállomásra és a nemzetközi űrállomásra is. 2009-ben általa végeztek javításokat a Hubble űrteleszkópon.
Jelen küldetési feladata utánpótlás szállítása a nemzetközi űrállomásra a Raffaello többcélú szállítómodul belsejében.
Az utánpótlás átrakodásán felül asztronautái az űrállomás belsejéből segítik az űrállomás személyzetének űrsétáját. Az űrséta során egy tavaly meghibásodott hűtőrendszeri szivattyúmodult helyeznek vissza az űrrepülő rakterébe.
Visszatértével az amerikai űrkutatás harmincéves szakasza zárul le, ugyanis az Atlantis űrsikló a Space Shuttle-program űrsiklóflottájának utolsó darabja.
