Die Vorgänger-Missionen, die die Pioneer- und Voyager-Sonden beinhalten, führten die ersten wissenschaftlichen Untersuchungen im äußeren Sonnensystem in dem 70er und 80er Jahren des 20. Jahrhunderts durch. Dabei kam es zu Vorbeiflügen an den großen äußeren Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun.

Venus, Mars und Jupiter waren im Blickpunkt der zweiten Entdeckungswelle der NASA. Zu jedem dieser Planeten wurden speziell angefertigte und ausgerüstete Sonden zur Langzeitbeobachtung gesandt. Die Magellan-Sonde kartierte die Venus-Oberfläche mit einem Radar-System, die kürzlich beendete Galileo-Mission erforschte fast 8 Jahre lang äußerst erfolgreich das Jupiter-System und zahlreiche Missionen starteten mehr oder weniger erfolgsbelohnt zu unserem roten Nachbarplaneten Mars. Zu den erfolgreichsten Marsmissionen gehören die Orbiter Mars Global Surveyor und Mars Odyssey, sowie die beiden Rover Spirit und Opportunity. All diese Mars-Missionen befinden sich noch immer im Einsatz.

Ursprünglich war Cassini als Teil der CRAF-Cassini Doppel-Mission geplant. Beide Programme sollten zusammen auf einem Mariner Mark II-Raumfahrzeug untergebracht werden um Kosten zu sparen. CRAF, die Comet Rendezvous and Flyby Mission sollte einen Kometen anfliegen und diesen untersuchen, Cassini sollte das Saturn-System erforschen.

Die CRAF-Mission wurde 1992 gestrichen und wenige Monate später gefährdete der neu eingesetzte NASA Administrator Daniel Goldin die Cassini-Mission ebenso. Die Philosophie von Goldin wurde unter der Bezeichnung Schneller, Besser, Billiger bekannt. Der Administrator verspottete die teure Cassini-Mission als Kampfstern Galaktika. Letztlich konnte dies jedoch durch eine starke Initiative des damaligen ESA-Direktors Jean-Marie Luton beim Vize-Präsidenten Al Gore abgewendet werden.

Die Reise zum Saturn dauerte 6,7 Jahre. Da die NASA über keine Rakete verfügte, die es vermochte, die schwere Raumsonde Cassini direkt bis zum Saturn zu befördern, musste Cassini-Huygens eine kurvenreiche Flugbahn zurücklegen, die zum Schwung holen an der Venus, erneut an der Erde und am Gasriesen Jupiter vorbeiführte.

Die obere Stufe der Titan 4B-Rakete, die Cassini am 15. Oktober 1997 in den Weltraum beförderte, wurde genutzt, um die Geschwindigkeit von Cassini vorerst zu verlangsamen, damit die Sonde ins innere Sonnensystem fallen konnte. Nach den Venus-Vorbeiflügen am 26. April 1998 und erneut am 24. Juni 1999 raste Cassini am 18. August 1999 in einer Höhe von nur 1.170 Kilometern an der Erde vorbei. Von da an flog Cassini in Richtung Jupiter, bei dem sich die Sonde am 30. Dezember 2000 letztmalig einen notwendigen Geschwindigkeits-Schub besorgte.

Cassinis primäre Mission ist für einen Verlauf von 4 Jahren ausgelegt, obwohl die Sonde für einen wesentlich längeren Missionsverlauf genügend Treibstoff mit sich trägt. Während der siebenjährigen Reise zum Saturn hat Cassini fast durchgehend feherfrei funktioniert. Neben dem Empfangsproblem der Huygens-Daten haben die Missions-Ingenieure nur vier andere fast bedeutungslose Probleme entdeckt.

Aus bislang nicht vollständig geklärten Gründen beschlug die Linse eines Teleobjektivs von Cassini nach dem Start, so dass nur noch verschwommene Bilder aufgenommen werden konnten. Durch die Erwärmung des Geräts konnte dieses Problem jedoch gelöst werden - die Kamera funktioniert wieder so gut wie zuvor.

Ferner versagte eine Komponente eines Funkexperiments während einer Untersuchung. Die Auswirkungen waren jedoch minimal.

Ein drittes Problem stellt ein großes Leck im Haupt-Helium-Regulator dar, der den Druck in der Brennkammer während langen Zündungen des Haupttriebwerks regelt. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass ein Ventil von einem winzigen Fragment verklemmt wurde. Durch eine aus der Not heraus entwickelte Technik funktioniert das Haupttriebwerk jedoch weiterhin uneingeschränkt. Während zwei Brennvorgängen für Bahnkorrekturen im Jahr 1998 und Ende Mai 2004 konnte Cassini seine volle Funktionalität unter Beweis stellen.

Ein viertes Problem trat mit einem von vier Stabilisierungs-Rädern, einem so genannten Gyroskop auf. Das Gyroskop wurde in die Reserve-Position versetzt und ein viertes hat stattdessen seine Funktion übernommen.

Das Ringsystem des Saturns besitzt sehr ähnliche Eigenschaften, wie einige Trillionen mal größere Systeme (z.B. Spiralgalaxien). Wenn Cassini also die ungeklärten Fragen zu Saturns Ringsystem beantworten können wird, so lassen sich diese Erkenntnisse auch auf weite Strukturen des Universums anwenden. Bislang ist noch immer nicht vollständig geklärt, wie die Saturnringe entstanden sind und wie lange sie noch existieren werden.

Die Wissenschaftler vermuten, dass sich die Ringe vor mehreren Hundert Millionen Jahren gebildet haben, als einer oder mehrere Monde durch die Gezeitenkraft des Saturn auseinander gerissen wurden. Eine andere Theorie besagt, dass ein verirrtes Objekt aus dem Kuiper Gürtel sich dem großen Planeten zu weit angenähert hat und dabei in Millionen Stücke zerfetzt wurde, die sich in Folge dessen um den Planeten herum in einer breiten aber dünnen Scheibe angesammelt haben. Gravitationelle Interaktionen mit weiteren Monden, die den Saturn umrunden, schufen im Laufe der Zeit Resonanz-Strukturen in diesem Gebilde.

Zum ersten Mal erspähte Galileo Galilei im 17. Jahrhundert mit seinem Fernrohr die Ringe des Saturns. Eine exakte Erklärung für seine Beobachtungen konnte Galilei damals noch nicht liefern.

Die Raumsonde Cassini wurde nach dem französischen Astronomen Jean-Dominque Cassini benannt, der mehrere Saturnmonde und die breiteste Teilung im Ringsystem des Saturns entdeckte. Die europäische Titan-Sonde wurde nach Christiaan Huygens benannt, einem holländischen Wissenschaftler, der den Wolken-verschleierten Mond Titan 1655 entdeckte und die erste akkurate Theorie zur Struktur der Saturn-Ringe lieferte.