北京時間1997年10月15日16點43分發射升空，開啟了卡西尼對土星探測的旅程。卡西尼的任務包括住任務和延伸任務，測量土星環的三維結構和動態行為，包括研究土星大氣層的各個層面和土衛六泰坦星的表面。
如果卡西尼號采用依靠火箭的推理在7年內飛到土星，那麽要攜帶的燃料至少要達到70噸重，但即使是今天人類依然不能制造可以攜帶那麽重的燃料的火箭，因此卡西尼號采用了與伽利略號相同的方法，即借助行星的引力彈弓效應來增加速度。這也就造就了卡西尼號歷時7年經過數次借力才能夠飛到土星的漫長旅途。
1998年4月，在繞地球飛行6個月後，卡西尼號利用地球的引力飛掠金星，利用金星引力獲得加速度後，繞著太陽飛行壹圈，1999年6月再次在距金星600千米處飛掠獲得金星引力的第二次加速度；八月，卡西尼號從距離地球僅僅1171千米處低空飛掠，獲得第二次地球引力的加速度。
第二次離開地球後，經過壹年多的時間，卡西尼在距離木星約1000萬千米處飛掠，獲得了木星的加速度，這時他的速度才足夠快，達到了30km/s，於是卡西尼轉身向目的地土星飛去。
終於，經過35億千米、6年零8個月的漫長旅途之後，卡西尼號於2004年7月1日按照計劃順利進入土星的軌道，開始了他對土星的歷時4年的主任務。
卡西尼號在探測土星的4年中，圍繞土星飛行了76周，發現了7顆之前未發現的土星的衛星；由於他出色地完成了任務，所以接著又對土星最大的衛星木衛六——即泰坦星進了探測。在為期13年的對土星及其衛星的探測中，卡西尼號發回地球了上萬張照片。其中不乏有可以載入航天 歷史 的照片：
1 神秘的土星六邊形：在卡西尼號探測木星的13年裏，幸運地見證了土星南半球從盛夏進入寒冬和北半球從寒冬進入盛夏的過程。因此，我們終於有了能夠持續觀測土星北極六邊形隨季節變化的機會。
2 土星的巨大光環和他的小衛星：
3 土星北半球的夏季
4 恐怖的土星風暴：
5 散開的土星環
告別的信號從2016年就已經發出，卡西尼的燃料即將消耗殆盡。可是如果任由卡西尼號自由消亡，他很可能會撞在土衛二的冰層上，而卡西尼號攜帶的三顆RGT仍舊在釋放能量，所以很有可能會在沖破冰層之後墜入海洋，墜入土衛二上可能孕育生命的海洋。
所以自毀，是對土星的保護，也是卡西尼的最後使命。
2017年4月，卡西尼號最後壹次借助土衛六的引力，調整自己的高度以便能夠俯沖至土星大氣層，這壹次，他繞著軌道飛行了22圈。
2017年9月14日，卡西尼迎接來了自己生命的最後24小時，在這壯麗終章裏，在這生命的倒數計時中，卡西尼號將竭盡全力完成最後的悲壯任務。
完成第22次俯沖後，卡西尼號正式開始結束自己的生命，但即便在大氣層燒毀的過程中，卡西尼號仍然竭盡全力把信號線對準地球的位置，向地球傳輸信號。
土星與地球的信息差有84分鐘，但最後壹段數據傳回地球時，卡西尼號其實已經於壹個多小時前在土星的大氣層燒毀。
在2004年7月到達土星後，卡西尼號開始 探索 土星及其擁有的62顆衛星的秘密。其間在太空中飛行了79億公裏，執行了25萬條指令，飛掠土星衛星162次，拍攝了超過45萬張照片，發現了7顆全新的土星衛星，科學家據此發表了3948頁科學論文。
卡西尼的壹生，都奉獻給了人類，奉獻給了土星，奉獻給了太空。