Am 14. Mai 1973 wurde die Station durch einen Saturn V Booster in den Orbit gebracht. Ziel war es, eine ständig bemannte Raumstation im Erdorbit zu betreiben, um wissenschaftliche Untersuchungen am Menschen und der Erde, als auch der Sonne durchzuführen. Sofort beim Start gab es technische Probleme, die durch starke Vibrationen hervorgerufen wurden. Der Meteoritenschild wurde abgerissen, auch eines der zwei Solar-Segel, die die Station ständig mit Strom versorgen sollte.

Skylab wurde so manövriert, das daß Apollo Teleskope Mount (ATM) direkt zur Sonne schauen konnte. Durch das Fehlen des Meteoritenschildes erhitzte sich die Station trotz Klimaanlage auf 52 Grad Celsius. Die Mission Skylab 2 wurde gestartet, um ein Astronautenteam an Bord zu bringen, die die entstandenen Schäden beheben sollten. Zur gleichen Zeit ließen NASA Ingenieure die Station "rollen", um die Temperaturen an Bord auf ein erträgliches Maß zu reduzieren.

Die Mission Skylab 2, gestartet am 25. Mai 1973, war die erste bemannte Mission zu der schwer angeschlagenen Raumstation. Durch unermüdlichen Einsatz der Astronauten Conrad, Weitz und Kervin konnten die beim Start entstandenen Schäden weitestgehend behoben werden. Somit war der Weg frei zum eigentlichen Einsatzzweck von Skylab: Beobachtungen mit dem Teleskop der Sonne.

Während der Skylab-Missionen 2-4 wurden Tausende von Stunden damit verbracht, die Sonne zu studieren und zu beobachten. Es gelangen mit dem "Apollo Telescope Mount" einzigartige Aufnahmen der Sonne, die teils mit Röntgenstrahlen oder Infrarottechnik hergestellt wurden. Auch wurde der Komet "Kohoutek" untersucht.

Die Station Skylab hatte eine Länge von 39,5 Metern, einen Durchmesser von 7,3 Metern und bot drei Astronauten Platz zum Arbeiten und Leben. Die letzte Besatzung verließ Skylab am 08. Februar 1974. Danach wurde die Station wegen Unrentabilität und Streichungen innerhalb des NASA-Haushaltes aufgegeben. Sie verglühte am 11. Juli 1979 in der Erdatmosphäre, Teile der Station gingen in Australien nieder.