Sua missão principal é observar ondas gravitacionais de origem cósmica. Estas ondas foram primeiro previstas na Teoria Geral da Relatividade, por Einstein em 1916, mas na época a tecnologia necessária a sua detecção não existia ainda. Pelos anos 1970, alguns cientistas, incluindo Rainer Weiss, demonstraram a possibilidade de utilizar interferômetroslaser para medir ondas gravitacionais.
LIGO começou a operar em 2002 mas teve o seu funcionamento finalizado em 2010 devida a perda de investidores. Emissões detectáveis de ondas gravitacionais são esperadas de sistemas binários (colisões de estrelas de nêutrons ou de buracos negros), supernovas de estrelas massivas, rotação de estrelas de neutrons deformadas e remanescentes da radiação gravitacional criada no começo do Universo.