Columbia fut construite à partir de 1975 en Californie et livrée à Cap Canaveral en 1979. Le premier incident majeur impliquant Columbia eut lieu avant son premier vol, le 19 mars 1981 quand deux techniciens furent tués et quatre autres blessés lors d'un test au sol.
Construite après Enterprise, elle fut cependant la première à réaliser un vol spatial le 12 avril 1981, le jour même du vingtième anniversaire du premier vol spatial de Youri Gagarine. On s'inquiète déjà sur son sort à ce moment-là, après que des caméras ont montré que des tuiles protectrices avaient disparu de la queue de la navette lors de son décollage. Elle réalisa les 5 premières missions de la NASA utilisant ce type d'engin.
Elle a réalisé 28 vols spatiaux pour un total de 300,74 jours en orbite, pendant lesquelles elle a réalisé 4 808 rotations autour de la Terre et parcouru 201 497 772 kilomètres. Elle détient le record du plus long vol pour une navette établi lors du vol STS-80 avec 17 jours et 15 heures. Elle fut la première navette commandée par une femme, Eileen Collins, lors du vol STS-93 en 1999.
Au cours de la mission STS-107, Columbia s'est désintégrée le 1 février 2003 durant son retour, lors de la phase de rentrée atmosphérique. Les sept membres d'équipage ont péri, parmi eux Ilan Ramon, le premier astronaute israélien, et Kalpana Chawla, la première femme d'origine indienne à voler dans l'espace.