STS-121 oli Nasan 115. avaruussukkulalento ja Kansainvälisen avaruusaseman (ISS) tarviketäydennyslento ULF 1.1. Se lennettiin Discovery-avaruussukkulalla. STS-121 oli Discoveryn 32. sukkulalento ja 18. sukkulalento ISS-avaruusasemalle. Lennon tärkeimpänä päämääränä oli testata uusia turvallisuus- ja korjaustekniikoita, joita oli kehitetty helmikuussa 2003 tapahtuneen avaruussukkula Columbian onnettomuuden (STS-107) jälkeen, sekä kuljettaa tarvikkeita, laitteita ja Euroopan astronauttijoukkojen astronautin Thomas Reiterin ISS-avaruusasemalle.[1]
STS-121 oli toinen ja samalla viimeinen Return to Flight -ohjelman koelento sitten Columbian onnettomuuden. Edellistä STS-114-koelentoa seurasi järjestyksessä STS-121, sillä Nasa halusi käyttää seuraavaa vapaata lentoa koelentona ja lennot STS-115–STS-120 oli jo varattu muuhun käyttöön. Onnistuneen STS-121-lennon myötä sukkulaohjelma siirtyi takaisin normaaliin toimintaan ja ISS:n kokoonpanotehtävien pariin.
Discovery laukaistiin 4. heinäkuuta 2006 kello 18:37:55 (UTC) Kennedyn avaruuskeskuksesta. Ensimmäistä kertaa sukkula laukaistiin Yhdysvaltain itsenäisyyspäivänä. Avaruussukkula laskeutui takaisin Kennedyn avaruuskeskukseen 13 päivän päästä 17. heinäkuuta kello 13:14:43 UTC.
Discovery testasi lennollaan sukkulan uusia lähtöä seuraavia lämpöeristyksen kunnon tutkimus-, kuvaamis- ja korjausmenetelmiä. Reiterin kuljetus ISS-avaruusasemalle täydensi ISS:n Columbian onnettomuutta seuranneen kaksimiehisen miehistön kolmimiehiseksi. Discovery kuljetti ISS-avaruusasemalle Euroopan avaruusjärjestön kehittämän –80 celsiusasteen laboratoriopakastimen (”Minus Eighty Degree Laboratory Freezer for ISS”, lyhenne MELFI). Pakastin asennettiin aseman Destiny-laboratoriomoduuliin.