Iniciada el 14 de maig de 2009, amb el llançament de l'observatori des de Kourou (Guiana francesa) a bord d’un Ariane 5, finalitzà l’abril del 2013. Rebé el nom en homenatge a William Herschel, descobridor dels raigs infrarojos.
Les dades enviades des del Herschel al llarg de més de 1.400 dies en què fou operatiu i unes 22.000 hores d’observacions científiques aportaren una gran quantitat d’informació sobre la formació de les galàxies en els inicis de l’univers, la formació d’estrelles i la seva interacció amb el medi interestel·lar, la composició química de cossos celestes diversos i de l’univers en general.
Entre les seves característiques destacaven el mirall del telescopi, de 3,5 m de diàmetre (el més gran posat en òrbita en un telescopi espacial), que possibilitava captures d’infraroig molt feble. Incorporava també l'HIFI (Heterodyne Instrument for the Far Infrared, 'Instrument heterodí per a l’infraroig llunyà'), el PACS (Photodetecting Array Camera and Spectrometer, 'Espectròmetre i cambra amb malla de fotodetectors') i l’SPIRE (Spectral and Photometric Imaging Receiver, 'Receptor d’imatges fotomètric i espectral'). Alguns components de l’instrumental foren desenvolupats per la NASA.
Aquest i altres instruments de captura i de processament de llum funcionaven a una temperatura molt baixa (inferior a -270 ºC) gràcies al combustible d’heli líquid que transportava. L’exhauriment previst del combustible marcà la fi de la missió, i l'observatori fou dirigit a una òrbita heliocèntrica en la qual és previst que no pugui entrar en contacte amb la Terra durant diversos segles.