Первоначально миссия называлась "Кассини-Гюйгенс", поскольку на борту зонда располагался посадочный модуль. В декабре 2004 года "Гюйгенс" отделился от аппарата и опустился на Титан. С тех пор "Кассини" ведет наблюдение за Сатурном и его спутниками (текущий этап миссии под названием "Солнцестояние").
Аппарат не только делает фотографии — за время работы "Кассини" было сделано большое количество открытий. Так, например, были найдены ранее неизвестные кольца Сатурна, уточнено строение уже известных, обнаружено большое количество небольших спутников.
Также на сатурнианском спутнике Энцеладе были найдены криовулканы, а на Титане — настоящий круговорот метана в атмосфере с туманами, дождями и озерами. По утверждению ученых, Титан — единственное (за исключением Земли) из известных небесных тел, где есть такой круговорот.