25 декабря 2021 года телескоп был запущен с космодрома Куру при помощи ракеты «Ариан-5». Командами управления выполнялись множество сложных операций по вводу его в эксплуатацию, например - выравнивание всех сегментов зеркала таким образом, чтобы они могли работать как единый коллектор света. 

"В настоящее время все сегменты смещены на несколько миллиметров. Цель состоит в том, чтобы сблизить их до размеров коронавируса, то есть до десятков нанометров", — говорит Джейн Ригби, научный сотрудник НАСА по проекту эксплуатации Уэбба. Инженеры предупреждают, что первые полученные изображения будут размытыми. Пройдет еще несколько недель, прежде чем все настройки будут сделаны для получения правильной конфигурации. 

8 января 2022 телескоп Джеймса Уэбба, крупнейший из когда-либо построенных космических телескопов, развернул последний сегмент своего массивного главного зеркала. 9 января 2022 года телескоп успешно развернул все свои системы и перешёл в полностью операционное состояние, а 24 января 2022 года он успешно вышел на гало-орбиту в точке Лагранжа L2 системы Солнце — Земля, в 1,5 млн км от Земли. 

Телескоп «Джеймс Уэбб» будет вести наблюдения в более низком диапазоне частот, от длинноволнового видимого света (красный) до среднего инфракрасного (0,6—28,3 мкм). Это позволит ему наблюдать наиболее далёкие объекты во Вселенной, объекты с большим красным смещением (первые галактики и звёзды во Вселенной), которые слишком старые, слабые и далёкие для телескопа Хаббл. 

Телескоп защищён 5-слойным тепловым экраном, позволяющим поддерживать температуру зеркала и приборов ниже 50 K (−223 °C), чтобы телескоп мог работать в инфракрасном диапазоне излучения и наблюдать слабые сигналы в инфракрасном диапазоне без помех от любых других источников тепла. Поэтому телескоп будет размещён на гало-орбите в точке Лагранжа L2 системы Солнце — Земля, в 1,5 млн км от Земли, где его 5-слойный тепловой экран, в форме воздушного змея и размером с теннисный корт, будет защищать от нагревания Солнцем, Землёй и Луной одновременно. 

Размещение телескопа в космосе даёт возможность регистрировать электромагнитное излучение в диапазонах, в которых земная атмосфера непрозрачна; в первую очередь — в инфракрасном диапазоне. Благодаря отсутствию влияния атмосферы разрешающая способность телескопа в 7—10 раз больше, чем у аналогичного телескопа, расположенного на Земле. 

Проект представляет собой результат международного сотрудничества 17 стран, во главе которых стоит НАСА, со значительным вкладом Европейского и Канадского космических агентств.