Öt NASA és egy olasz űrhajós alkotta az STS-134 legénységét. A Kennedy Űrközpontból indultak és csaknem 16 napot töltöttek a pályán, azonban az első két nap a Nemzetközi Űrállomás utolérésével telt. Amikor odaértek, eldobtak egy csomó tudományos kísérletet és egyéb kellékeket. Négy űrsétát tettek összesen, hogy új berendezéseket telepítsenek az űrállomáson kívül, és egyéb rutinszerű karbantartásokat végeztek.
Az Endeavour elsődleges hasznos terhe az Alfa mágneses spektrométer volt, egy részecskefizikai kísérlet, amely kozmikus sugárzást vizsgál, valamint antianyagot és sötét anyagot keres. Új külső érzékelőket is telepítettek.