Terminarz misji Okno startowe umożliwiające wysłanie pojazdu, rozciągało się od 26 października 2005 do 23 listopada 2005 roku. Pierwotnie start został zapowiedziany na 26 października 2005 roku, na godzinę 04:43 UTC, jednak z powodu zanieczyszczenia wewnątrz kapsuły ochronnej orbitera, konieczne było przesunięcie terminu. Ostatecznie start odbył się 9 listopada 2005 roku o godzinie 03:33 UTC z kosmodromu Bajkonur w Kazachstanie na pokładzie rakiety Sojuz. Po 1 godzinie i 36 minutach okrążania Ziemi po orbicie parkingowej, Venus Express została skierowana na trajektorię transferową w kierunku Wenus.
11 kwietnia 2006 roku sonda weszła na orbitę wokół planety. Manewr ten wymagał uruchomienia na 50 minut głównego silnika pojazdu. Po dalszych kilkukrotnych manewrach sonda osiągnęła docelową orbitę roboczą 7 maja 2006 roku.
Badania naukowe miały trwać do sierpnia 2007 roku, ale decyzją ESA z 23 lutego 2007 roku, misja została przedłużona do maja 2009 roku. W lutym 2009 roku zdecydowano o przesunięciu daty zakończenia na 31 grudnia 2009 roku, natomiast w październiku tego samego roku przedłużono misję do końca roku 2012, a następnie do 2014 roku.
Sonda m.in.