ไอลีนได้บินกับกระสวยอวกาศเป็นครั้งแรกในฐานะนักบินของกระสวยอวกาศดิสคัฟเวอรี เมื่อ ปี ค.ศ. 1995 ในเที่ยวบิน STS-63 ซึ่งมีการนัดพบกับสถานีอวกาศเมียร์ของรัสเซีย

ต่อมา ไอลีนได้บังคับการบินกระสวยอวกาศโคลัมเบีย ในเที่ยวบิน STS-93 ซึ่งปล่อยขึ้นในเดือนกรกฎาคม ค.ศ. 1999 เพื่อปฏิบัติภารกิจปล่อยหอดูดาวรังสีเอ็กซ์จันทรา (Chandra X-Ray Observatory) นี่เป็นภารกิจที่สมบูรณ์ก่อนจะถึงภารกิจครั้งสุดท้ายของกระสวยอวกาศโคลัมเบีย (ภารกิจสมบูรณ์ทั้งสุดท้ายของยานโคลัมเบียคือเที่ยวบิน STS-109 เมื่อเดือนมีนาคม ค.ศ. 2002 ก่อนจะระเบิดในเที่ยวบิน STS-107 เมื่อวันที่ 1 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 2003)

หลังจากนั้น ไอลีนได้บังคับการเที่ยวบิน STS-114 เป็นการส่งกระสวยอวกาศอีกครั้งของนาซา หลังความพินาศของยานโคลัมเบีย ภารกิจครั้งนี้นอกจากจะเป็นการทดสอบการปรับปรุงด้านความปลอดภัยแล้ว ยังเป็นการส่งกำลังบำรุงให้แก่สถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) อีกด้วย เที่ยวบินนี้เริ่มขึ้นเมื่อวันที่ 26 กรกฎาคม ค.ศ. 2005 และกลับเมื่อวันที่ 9 สิงหาคม ปีเดียวกัน ในเที่ยวบินนี้ ไอลีนนับเป็นนักบินอากาศคนแรกที่ควบคุมกระสวยอวกาศให้ตีลังกาหมุนรอบ 360 องศาอย่างสมบูรณ์ ทั้งนี้ก็เพื่อให้นักบินอวกาศในสถานีอวกาศนานาชาติได้ถ่ายภาพส่วนท้องของยานดิสคัฟเวอรี เพื่อยืนยันว่าไม่มีอันตรายจากความเสียหายของชิ้นส่วนของยานที่หลุดออกในช่วงปล่อยยาน