Az űrkutatás történetének egyik legnagyobb szabású programja (a költségvetés 3,2 milliárd dollárra rúgott) az amerikai űrkutatási hivatal (NASA) irányításával zajlott, de az Európai Űrügynökség (ESA) és az Olasz Űrügynökség (ASI) is részt vett benne. Megvalósulásához 17 ország, köztük Magyarország tudósai járultak hozzá.
A szonda Jean Dominique Cassini francia-olasz csillagászról, a Titánra leszálló egység Christian Huygens holland csillagászról kapta a nevét. Előbbi fedezte fel a XVII. században a legnagyobb rést a bolygó gyűrűjében (Cassini-rés), valamint a Iapetus, Rhea, Dione és Tethys holdakat. Utóbbi a Titán hold felfedezése mellett 1659-ben elsőként jött rá, hogy a Galilei által mellékbolygóknak hitt alakzatok valójában a bolygó gyűrűi.
Az űrszonda hétévi és 3,4 milliárd kilométernyi utazást követően, a Vénusz, a Föld és a Jupiter gravitációs lendítését kihasználva 2004 júliusában érkezett a Szaturnuszhoz. A Cassini Szaturnusz körüli pályára állt, s megkezdte a Naprendszer második legnagyobb planétájának 2008-ig tartó vizsgálatát. A 120 600 kilométeres átmérőjű bolygóról (összehasonlításul a Föld átmérője 12 756 kilométer) fantasztikus fényképfelvételeket is készített, az egyiken például a Szaturnusz holdjai közül öt volt látható egyszerre.
A program következő szakasza a Huygens Titánra való leszállásával kezdődött 2005 januárjában. A Titán az egyetlen olyan hold a Naprendszerben, amely még a földiénél is sűrűbb légkörrel veszi körül magát, ráadásul atmoszférája nitrogénban dús, akárcsak a Földé. A Naprendszer egyik legtitokzatosabb holdjáról viszonylag kevés információval rendelkeztek a tudósok, így a szonda feladata volt felderíteni, hogy milyen az átlag mínusz 180 Celsius-fokos hőmérsékletű égitest felszíne, hogy vannak-e rajta tavak, óceánok, folyók, és legfőképpen az, hogy kialakulhat-e élet rajta.
A Huygens kiválóan teljesített, s az adatátviteli hiba ellenére annyi információt juttatott a Cassinin keresztül a Földre, amelynek kielemzése a tudósok szerint három generáció számára is feladatot jelent.
A rendkívüli jelentőséggel bíró tudományos adatok mellett arra is fény derült, hogy a Szaturnusz felett is kék az ég, noha földi teleszkópokkal figyelve mindig sárgának látszott. Megtudtuk azt is, hogy a Szaturnusz holdjai közül egyedüliként légkörrel rendelkező Titán a tavak holdja. A Cassini a bolygó újabb holdjait fedezte fel, s eddig soha nem tapasztalt közelségben suhant el egy-egy hold mellett, az Enceladuson például folyékony vizet talált. A szonda tudósított az első Földön kívüli ciklonról (vagy ahhoz hasonló jelenségről) is.
