Космический зонд весом почти 5 тонн, входивший в программу «Вега», был запущен ракетой «Протон» (8К82К) с космодрома Байконур. Проект подразумевал исследование двух космических объектов — Венеры и кометы Галлея.
Аппарат питался от двух больших солнечных панелей и был оснащён антенной, камерой, спектрометром, инфракрасным эхолотом, магнитометрами (MISCHA) и плазменными зондами. Во время перелёта к Венере проводилось изучение межпланетных магнитных полей, солнечных и космических лучей, рентгеновского излучения в космосе, распределения компонентов нейтрального газа, а также регистрация пылевых частиц. Через 178 суток «Вега-1» достигла Венеры и совершила посадку в низменной части равнины Русалки Северного полушария.
Важным элементом проекта была плавающая аэростатная станция (ПАС). После её выхода на высоту дрейфа включился передатчик — 46 часов радиотелескопы всего мира вели приём сигнала в атмосфере Венеры. За это время ПАС преодолела вдоль экватора 11,5 тыс. км со средней скоростью 69 м/с, измеряя вдоль трассы полёта температуру, давление, вертикальные порывы ветра и среднюю освещённость.
После Венеры «Вега-1» вместе с близнецом «Вегой-2» была направлена к комете Галлея для изучения ядра и газопылевой оболочки.