Celem misji było przeprowadzenie badań mających pomóc w poznaniu pochodzenia komet, powiązań między materią kometarną i materią międzygwiazdową oraz ich znaczenia dla powstania Układu Słonecznego.
Celem misji według pierwotnego planu lotu miała być kometa 46P/Wirtanen, jednak problemy z rakietą nośną spowodowały opóźnienie daty startu sondy o ponad rok i zmusiły do zmiany wybranego celu.
W trakcie rozpoczętej w 2004 roku misji, sonda Rosetta wykonała obserwacje dwóch mijanych w bliskiej odległości planetoid, (2867) Šteins (w 2008 r.) i (21) Lutetia (w 2010 r.) oraz dokonała przelotu obok Marsa i trzykrotnych przelotów obok Ziemi, w celu wykonania manewrów asysty grawitacyjnej. W sierpniu 2014 roku Rosetta dotarła w pobliże komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko i weszła na orbitę wokół jej jądra. Z pokładu sondy został uwolniony lądownik Philae, który po raz pierwszy w historii wylądował na powierzchni komety. 30 września 2016 sonda dokonała kontrolowanego upadku na powierzchnię komety.