Bolak-balik angkasa lepas Atlantis telah membuat penerbangannya yang pertama dalam bulan Oktober 1985 dengan misi STS-51-J, melakukan aktiviti-aktiviti ketenteraan sulit, satu daripada lima penerbangan yang sama.[5] Ia terbang sekali lagi, misi STS-61-B yang dilancarkan di waktu malam, sebelum bencana Space Shuttle Challenger menghentikan sementara armada bolak-balik pada 1986. Pada tahun 1989, Atlantis telah mengatur kedudukan dua kuar antara planet, Magellan ke Zuhrah (STS-30) dan Galileo ke Musytari (STS-34).[6] Pada misi STS-37 tahun 1991 pula, ia telah mengatur kedudukan Balai Cerap Sinar Gamma Compton.

Mulai 1995 dengan STS-71, Atlantis menjalankan tujuh misi ke pangkalan angkasa lepas Rusia Mir.[7] Mulai STS-101 pada 2000 pula, Atlantis menghantar bekalan dan peralatan ke Stesen Angkasa Antarabangsa. Misi pertama Atlantis selepas bencana Space Shuttle Columbia pula adalah STS-115, dijalankan pada September 2006.[8]