Die Reise dauerte vom 21.12 1872 bis zu dem 24.05 1876. Der Name der Expedition richtet sich nach der Korvette Challenger unter dem Kommando von Kapitän Sir George Nares und dem wissenschaftlichen Leiter Sir Wyville Thomson . Neben zahlreichen Offizieren befanden sich auch eine Reihe Spezialwissenschaftler an Bord, die Apparate aller Art für die Tiefseeforschung an Bord hatten: chemische, physikalische und biologische Laboratorien sowie Photographenkammern waren vorhanden.

Neben hydrographischen Forschungen wurden meteorologische, magnetische, geologische, zoologische und botanische Behandlungen angestellt. Auch die Vermessung des Küstenverlaufs und der Position einiger wenig bekannter Inseln war Aufgabe der Expedition.

Über den Golf von Biscaya lief die Challenger die Straße von Gibraltar an, segelte über Madeira und Teneriffa über den Atlantik in die Karibik. Dort lief man St. Thomas an. Um den Golfstrom zu behandeln, wandte man sich dann nach Bermudas, von hier aus zu den Azoren, Kap Verde, St. Paul und nach Bahia.

Von dort aus ging es über den Südatlantik nach Tristan da Cunha und zu dem Kap der Guten Hoffnung. Dort lief die Challenger am 17.12 1873 vorbei zu den Prinz-Edwards , Crozet- , Kerguelen- und MacDonald-Inseln in die antarktische Polarregion bis auf 66°40' südliche Breite und in 78° östliche Länge. Man hielt hier nach der Terra australis incognita Ausschau, konnte jedoch keinerlei Land entdecken.

Man steuerte wieder nordwärts und gelangte am 17. März 1874 nach Melbourne, ging später nach Sydney, Neuseeland, Fidschi zur Tores-Straße , die Südküste von Neuguinea und die Molukken. Anschließend lief man die Philippinen an, ging von dort wieder an die Nordküste Neuguineas zu den Admiralitätsinseln und kam am 11.04 1875 in Yokohama (Japan) an. Über die Sandwichinseln , Tahiti und Juan Fernandez begann die Rückreise, auf der über Valparaiso und die Magellanstraße die Falklandinseln angelaufen wurden. Über Montevideo, die Kapverdischen Inseln und Vigo gelangte die Challenger am 24.05 1876 mit reicher Ausbeute an wissenschaftlichem Material nach Portsmouth zurück.

Insgesamt erstreckte sich die Fahrt auf 68.890 Seemeilen. Man nahm während der Reise 374 Tiefseelotungen, 255 Tiefseetemperaturmessungen und 240 Schleppnetzzüge vor.