STS-125 – misja wahadłowca kosmicznego Atlantis związana z serwisem Kosmicznego Teleskopu Hubble’a (HST), 126. misja programu lotów wahadłowców. Dla promu Atlantis był to trzydziesty lot w przestrzeń kosmiczną. Misja miała charakter naprawczy i była to piąta (po STS-61, STS-82, STS-103 i STS-109) i zarazem ostatnia misja serwisowa teleskopu Hubble’a. Po misji okres eksploatacji teleskopu miał zostać przedłużony do co najmniej 2015 roku.
Start Atlantisa to pierwszy lot tego promu od czasu misji STS-122 oraz pierwszy lot od czasu misji STS-66 w 1994 roku, którego celem nie była stacja kosmiczna. Była to także pierwsza misja wahadłowca niezwiązana z Międzynarodową Stacją Kosmiczną (ISS) od czasu katastrofy Columbii, STS-107.
W związku z tym, że orbity ISS i HST znacznie się od siebie różnią, prom Atlantis w przypadku zaistnienia sytuacji awaryjnej pozbawiony byłby „bezpiecznej przystani” jaką jest Międzynarodowa Stacja Kosmiczna. Dlatego też misja STS-125 wymagała wsparcia pod postacią promu Endeavour, który był gotowy do wyniesienia na orbitę na kompleksie startowym 39B. Ewentualna misja ratunkowa oznaczona była jako STS-400. Z przyczyn logistycznych misji STS-125, przejazd na platformę startową promu Endeavour nastąpił dwa tygodnie przed przejazdem promu Atlantis.