La mission Cassini-Huygens est une mission spatiale automatique réalisée en collaboration par le Jet Propulsion Laboratory (JPL) (pour la NASA), l'agence spatiale européenne (ESA) et l'agence spatiale italienne (ASI). Son objectif est l'étude de la planète Saturne et de certains de ses satellites, dont Titan.
La sonde spatiale Cassini-Huygens, composée de la sonde Cassini et du module Huygens, s'est placée en orbite autour de Saturne en 2004. Huygens a atterri sur Titan en 2005.
Le nom de la mission fait référence à Giovanni Domenico Cassini, astronome français du XVIIe siècle qui a découvert plusieurs anneaux de Saturne, et à Christian Huygens, astronome néerlandais du même siècle, qui a découvert Titan.
La mission Cassini-Huygens est une mission conjointe de la NASA, de l'Agence spatiale européenne et de l'Agence spatiale italienne dont le but principal est d'explorer Saturne et ses satellites, en particulier Titan. L'idée de cette mission remonte à 1982. La durée totale initiale de la mission est estimée à 11 ans, du lancement le 15 octobre 1997 jusqu'au 30 juin 2008. Elle a été étendue jusqu'en 2017.
La sonde Cassini-Huygens est composée de l'orbiteur Cassini, équipé au total de 12 instruments, et de l'atterrisseur Huygens, équipé de 6 instruments. Le 1er juillet 2004, la sonde est entrée en orbite autour de Saturne et le 14 janvier 2005, le module Huygens s'est posé sur Titan.
La mission Cassini-Huygens a notamment déjà permis d'avoir les premières images détaillées de Phœbé, d'étudier en détails la structure des anneaux de Saturne, d'étudier Titan de manière approfondie et de découvrir une trentaine de nouvelles lunes de Saturne dont les tailles varient de 2,5 à 7 km, portant le nombre total de satellites saturniens à 60 (nombre connu au 15 juillet 2007). La sonde permit également de découvrir quelques nouveaux anneaux de Saturne et même autour de certains de ses satellites.
L'origine du projet remonte à 1982, quand des scientifiques de la Fondation européenne de la science et de la National Academy of Sciences (États-Unis) eurent l'idée d'envoyer vers Saturne une mission comportant à la fois un orbiteur et un atterrisseur. En 1983, le projet fut soutenu par la NASA qui faisait les mêmes recommandations. De 1984 à 1985, la NASA et l'ESA menèrent des études conjointes sur le projet. L'ESA continuait seule les études sur le projet en 1986, alors qu'en 1987, l'astronaute Sally Ride défendait l'idée dans un rapport.
En 1988, Len Fisk, un administrateur de la NASA se ralliait à l'idée d'une mission commune entre la NASA et l'ESA. Il écrivit à son homologue de l'ESA, Roger Bonnet, en lui recommandant fortement de choisir la mission Cassini parmi les trois choix qui s'offrait à lui, en disant que la NASA s'engagerait dans le projet dès que l'ESA le ferait.
À cette époque, la NASA devenait sensible au sentiment grandissant au sein de l'ESA que la NASA ne considérait pas les Européens comme des égaux. Les officiels de la NASA et leurs conseillers décidèrent de s'impliquer dans la mission Cassini-Huygens pour corriger ce sentiment, prêts à partager les bénéfices scientifiques et technologiques de la mission. Cette initiative fut en partie influencée par la coopération de plus en plus étroite que les Européens entretenaient avec l'Union soviétique en matière spatiale, plus étroite que celle qu'ils entretenaient avec la NASA.
Ces considérations permirent non seulement d'améliorer la collaboration entre l'ESA et la NASA, mais aussi de défendre le projet auprès du Congrès américain et, à partir de 1994, il était sur les rails.