Start von Cape Canaveral (KSC); Landung auf der Edwards AFB. Der Start war ursprünglich auf den 14. Oktober 1993 festgesetzt worden. Wegen des Ausfalls eines Computers, der im Notfall die Feststoffraketen sprengt, musste der erste Startversuch abgesagt werden. Der zweite Startversuch am nächsten Tag musste ebenfalls abgesagt werden. Diesmal war die Absage durch einen defekten S-Band-Transponder verursacht worden.

Mit STS-58 wurde die zweite Spacelab Life Science Mission in die Erdumlaufbahn befördert. Während des Fluges wurden intensive Forschungen betrieben, bei denen herausgefunden werden sollte, wie der menschliche Organismus auf die Bedingungen der Schwerelosigkeit über einen längeren Zeitraum reagiert. Daneben unternahm die Mannschaft Versuche mit 48 weißen Labrorratten.

Ferner führten die Mannschaftsmitglieder Versuche zum Knochengewebsverlust als Auswirkung der Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper durch. Daneben wurde die Raumkrankheit und der damit verbundene Orientierungsverlust untersucht. Dazu trugen die Astronauten Shannon Lucid und Martin Fettman eine Apparatur am Körper, die jede Bewegung des Körpers während des Tages fortwährend aufzeichnete.

Es wurde der bis dahin längste Flug eines Space Shuttle.