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El vuelo de prueba Artemis I sin tripulación vio a Orión viajar alrededor de la Luna y más lejos que cualquier nave espacial diseñada para transportar humanos y devolverlos a la Tierra. Artemis es el programa internacional de exploración lunar que está llevando a la humanidad a la Luna. Esta primera misión proporcionó una primera prueba tanto del Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS) de la NASA como de la nave lunar Orión que fue propulsada por los 33 motores del Módulo de Servicio Europeo más allá de la Luna y hacia el espacio profundo. Los futuros módulos de servicio europeos proporcionarán electricidad, propulsión y control térmico de cabina para los astronautas en misiones lunares, así como una atmósfera respirable y agua potable.
Lanzado por el primer SLS el 16 de noviembre a las 06:47 GMT/07:47 CET (01:47 hora local) desde el Centro Espacial Kennedy de la NASA, Florida, Orion realizó una misión de 25 días que lo vio pasar dos veces por la Luna. Al pasar tan cerca como a 130 km de la superficie lunar, la nave espacial usó la gravedad de la Luna para lanzarla a la órbita lunar y luego devolverla a su curso a la Tierra.
El primer sobrevuelo lunar ocurrió el 21 de noviembre a las 12:44 GMT/13:44 CET, con el ESM encendiendo su motor principal para enviar a Orión detrás y alrededor de la Luna. Diez días después del despegue, Orión entró en la órbita de la Luna a las 12:44 GMT/13:44 CET del 25 de noviembre cuando el ESM encendió su motor principal.
La nave espacial Orion de la NASA se estrelló en el Océano Pacífico a las 17:40 GMT/18:40 CET del 11 de diciembre, después de viajar alrededor de la Luna y más lejos que cualquier nave espacial diseñada para transportar humanos y devolverlos a la Tierra. Apenas 40 minutos antes del amerizaje, y habiendo devuelto a Orión de manera segura a la Tierra, el Módulo de Servicio Europeo (ESM) de la ESA con su Adaptador de Módulo de Tripulación se separó de la cápsula. Tal como estaba previsto, el ESM se quemó sin ocasionar daño en la atmósfera mientras el módulo de tripulación Orion se guiaba a sí mismo a través de la reentrada, orientando la cápsula con sus propios propulsores, soltando sus tres paracaídas y cayendo con gracia frente a la costa de San Diego, EE. UU.
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