Misi OSIRIS-REx dimulai pada 8 September 2016, ketika pesawat luar angkasa tersebut diluncurkan dari Cape Canaveral, Florida, menggunakan roket Atlas V.
Pesawat luar angkasa ini memiliki berat sekitar 2.110 kilogram dan dilengkapi dengan berbagai instrumen ilmiah, seperti kamera, spektrometer, radar, dan alat pengambil sampel.
Setelah melakukan perjalanan sejauh lebih dari 2 miliar kilometer selama dua tahun, OSIRIS-REx akhirnya tiba di orbit sekitar asteroid Bennu pada 3 Desember 2018.
Selama dua tahun berikutnya, pesawat luar angkasa ini melakukan pemetaan dan pengamatan terhadap asteroid tersebut dengan detail tinggi.
Beberapa temuan menarik yang diperoleh dari tahap ini antara lain adalah adanya es air dan karbon organik di permukaan asteroid, serta adanya partikel-partikel kecil yang terlepas dari asteroid akibat pengaruh cahaya matahari.
Pada 20 Oktober 2020, OSIRIS-REx melakukan manuver bersejarah yang disebut Touch-and-Go (TAG).
Manuver ini adalah proses pengambilan sampel permukaan asteroid dengan cara menyentuhkan alat pengambil sampel yang berbentuk lengan robot ke permukaan asteroid selama beberapa detik, kemudian mundur kembali ke orbit.
Selama proses ini, alat pengambil sampel melepaskan gas nitrogen bertekanan tinggi untuk mengangkat dan menangkap debu dan kerikil dari permukaan asteroid.
Manuver ini berhasil dilakukan dengan baik, dan OSIRIS-REx berhasil mengumpulkan sekitar 400 gram sampel, melebihi target minimum sebesar 60 gram.
Namun, sampel tersebut sempat bocor ke luar angkasa karena wadah penyimpanannya tidak dapat menutup rapat.
Untungnya, tim misi dapat mengatasi masalah ini dengan cepat dan memindahkan sampel tersebut ke kapsul yang lebih aman.
Setelah mengamankan sampel tersebut, OSIRIS-REx meninggalkan orbit asteroid Bennu pada 10 Mei 2021 dan memulai perjalanan pulang ke Bumi.
Perjalanan ini memakan waktu sekitar dua setengah tahun, karena pesawat luar angkasa harus menyesuaikan kecepatan dan arahnya dengan Bumi.
Selama perjalanan ini, pesawat luar angkasa tetap berkomunikasi dengan tim misi di Bumi dan melakukan pemeriksaan rutin terhadap sistem dan instrumennya.
Kedatangan Misi OSIRIS-REx di Bumi