Misja wystartowała w dniu 24 lutego 2011 o godz. 21:53:24 UTC ze stanowiska startowego LC-39A KSC (Launch Complex 39A, Kennedy Space Center) na Florydzie (USA).
Była to 133 misja STS programu lotów wahadłowców i 39 promu kosmicznego Discovery, a zarazem ostatnia misja tego wahadłowca. Głównym celem było dostarczenie modułu PMM Leonardo (Permanent Multipurpose Module – stały wielofunkcyjny moduł), platformy ExPRESS Logistics Carrier-4 oraz humanoidalnego robota o nazwie Robonaut R2.
Leonardo PMM był wcześniej modułem logistycznym MPLM (Multi-Purpose Logistics Module) jednym z dwóch MPLM używanych do dostarczania ładunków na ISS i z powrotem za pomocą wahadłowca. W 2010 r. został zmodyfikowany do obecnej konfiguracji i pozostał na stacji.
W dniu 1 marca 2011 o godz. 13:46 UTC moduł Leonardo został wyjęty z ładowni promu za pomocą ramienia robota znajdującego się w wahadłowcu.
O godz.14:50 UTC został na stałe połączony z portem Unity zwróconym w stronę nadiru (Ziemi).
Załoga STS-133 (od lewej do prawej): Alvin Drew – inżynier lotu i specjalista misji 2, Nicole Stott – specjalista ds. misji 1, Eric Boe – pilot, Steven Lindsey – dowódca, Michael Barratt – specjalista ds. misji 3, Stephen Bowen – specjalista ds. misji 4
By NASA – http://spaceflight.nasa.gov/gallery/images/shuttle/sts-133/html/sts133-s-002.html Public Domain,