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Dès sa conception, le télescope a été conçu pour permettre aux astronautes de lui rendre de petites visites d'entretien comme en 1993, 1997, fin 1999 et 2002 de façon à faire évoluer la charge utile et réparer ou remplacer les élément de la charge technique défectueux ou montrant des signes de vieillissement.
SM1, la première mission de service
La première mission de service a lieu du 2 au 13 décembre 1993 (Endeavour, STS-61). Elle avait pour principal objectif de corriger le miroir primaire qui souffrait d'un défaut de courbure rendant inexécutable certains programmes d'observation. Pour cela, la NASA a mis au point le COSTAR, un ensemble de 5 paires de miroirs de 20 mm montées sur des supports déployables. Il a été installé à la place d'un photomètre.
Les astronautes ont également remplacé la caméra planétaire à grand champ par une autre nettement plus sophistiquée, 2 magnétomètres ainsi que les panneaux solaires, fournis par l'Agence spatiale européenne au titre de sa participation dans ce programme.
SM2, seconde mission de service (STS-82)
La seconde mission se déroule du 11 au 21 février 1997 pendant laquelle 5 sorties dans l'espace seront nécessaires pour remplacer 2 instruments scientifiques en service depuis le lancement d'Hubble, 1 des 4 roues à réaction et installer de nouvelles couvertures thermiques.
Les instruments remplacés sont le spectrographe pour faible objet (FOC) par NICMOS, une caméra fonctionnant dans le proche infrarouge et le spectrographe de haute résolution Goddard (GHRS) par un spectrographe imageur plus perfectionné (STIS).
SM3A, première partie de la troisième mission de service
Initialement prévue en juin 2000 (SM3), cette mission a été divisée en 2 missions de service : SM3A en décembre 1999 (STS-103) et SM3B en mars 2002 (STS-109). Il s'agissait alors de répondre en urgence à la défaillance de plusieurs gyroscopes. Cette situation avait conduit la NASA à suspendre à la fin de l'année 1999 l'utilisation scientifique de l'instrument. Trois gyroscopes en état de marche sont en effet indispensables pour que le télescope puisse répondre aux impératifs de la mission en matière de précision de pointage, et seulement deux fonctionnaient encore en décembre 1999.
Cette troisième intervention sur le Télescope spatial s'est donc déroulée du 19 au 27 décembre 1997. Elle a été exécutée par l'équipage de Discovery (STS-103) qui a changé 6 gyroscopes, un détecteur d'étoiles pour le guidage (FGS) et l'ordinateur principal au cours de 3 sorties extravéhiculaires.
SM3B, deuxième partie de SM3
La deuxième partie de SM3 a eu lieu du 1er au 12 mars 2002. Les astronautes de Columbia ont installé un nouveau jeu de panneaux solaires, plus petits, plus rigides, plus robustes et plus efficaces que leurs prédécesseurs et monté une nouvelle unité de contrôle de puissance.
Ils ont également remplacé la caméra européenne, pour objets faiblement lumineux (FOC) par une caméra de technologie avancée pour observations panoramiques (ACS, Advanced Camera for Surveys). Ils ont aussi installé un nouveau système de refroidissement pour le spectromètre NICMOS (infrarouge) et remplacé un ensemble de roues à réaction.
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