Initialement prévue en mars 2007, la mission a été repoussée en raison d'une averse de grêle qui s'est abattue sur le centre spatial Kennedy le 26 février et a endommagé la mousse isolante du réservoir externe d’Atlantis, qui se trouvait déjà sur son pas de tir. Cet incident a obligé un retour du vaisseau au bâtiment d'assemblage afin de procéder aux vérifications et aux réparations nécessaires.
Suite à l'incident du mois de mars, le lancement d'Atlantis a été reporté à la fin avril puis au début juin. La nouvelle fenêtre de tir s'ouvrait le 8 juin mais se refermait le 12 en raison du lancement prévu le 14 d'une fusée Atlas de la base militaire voisine à Cap Canaveral. Toutefois, si la navette n'avait pas pu décoller avant cela, d'autres opportunités se seraient présentées à partir du 17 juin.
Atlantis s'est envolé dès l'ouverture de la fenêtre de lancement, le 8 juin à 23h38 UTC (soit le 9 juin à 1h38 heure de Paris). Les caméras installées sur la navette et au sol ont montré que le réservoir externe s'était bien comporté malgré les nombreuses réparations qu'il avait subi suite à l'averse de grêle du mois de février. Un seul morceau de mousse isolante semble s'en être détaché, juste après la séparation des boosters, c'est-à-dire à une altitude trop élevée pour que cela représente un danger pour le vaisseau en cas d'impact.
Le 12 juin, les responsables de la mission ont annoncé une extension de deux jours du vol et l'ajout d'une quatrième sortie extravéhiculaire. Les activités supplémentaires seront insérées dans le planning après le jour 8. Cette possibilité avait été envisagée avant le décollage mais nécessitait un lancement et un amarrage dans les temps pour être définitivement adoptée. Le retour sur Terre d'Atlantis est ainsi reporté au 21 juin. Finalement, après un report de 24 H dû aux mauvaises conditions météo en Floride, La Navette atterrit le 22 juin à 15 H 49 sur la base d'Edwards.
Ce programme de vol ne tient pas compte de l'extension de la mission annoncée par la NASA le 12 juin.