Misija je trajala od 16. do 27. aprila 1972. godine i trajala je 11 dana, 1 sat i 51 minut.
Apollo 16 je lansiran sa rakete Saturn V koja poletjela je s Launch Pada 39A u NASA-inom svemirskom centru Kennedy (KSC) na Floridi sa zapovjednikom Johnom W. Youngom, pilotom komandnog modula Thomasom Kennethom („Ken“) Mattinglyjem i pilotom lunarnog modula Charlesom M. Dukeom. Komandni modul u ovoj misiji nosio je naziv Casper.
Cilj misije je bio istraživanje regije Mjeseca zvane Dekartovo gorje (Gorje Descartes, eng. Descartes Highlands) oko istoimenog kratera. Ovo područje je odabrano za misiju Apollo 16 kako bi se astronautima Johnu Youngu i Charlesu Dukeu omogućilo da uzorkuju formacije Descartes i Cayley koncentrisane u tom području. U to vrijee se mislilo da su ove formacije vulkanskog porijekla i trebalo je dokazati ili opovrgnuti tu tezu.
Uzorkovanje ovih formacija bio je prioritet, jer one pokrivaju veći dio bliže strane Mjeseca. Prioritet je također dat lociranju i dobivanju uzoraka starog planinskog materijala koji je bio stariji od udara u kojem je nastao krater More kiše (Mare Imbrium) kako bi se dao uvid u geološku vremensku liniju i sastav Mjeseca. Krateri North Ray i South Ray, oba istaknuta obilježja u neposrednom području slijetanja, također su bili jedan od ciljeva misije jer je materijal iz istaknutih formacija u tom području bio prirodno iskopan tamo uslijed udara koji su ih formirali.
Misija je bila uspješna, uprkos malim problemima koji su se događali. U jednom trenutku je došlo do problema s motorom i u NASA-i se razmišljalo da se misija obustavi.
Uzorci koje je donio Apollo 16 dokazali su da su Descartes i Cayley formacije zapravo kršnici, vrste sedimentnih stijena nastale udarima, a ne vulkanskim djelovanjem. Geološke studije prije misije sugerisale su da ove dvije formacije pokrivaju oko 11% bliže Mjesečeve strane, što ih čini važnim za cjelokupno razumijevanje historije Mjeseca.
Također, velika udaljenost između Descartesovog gorja i prethodnih mjesta slijetanja bila je korisna za mrežu geofizičkih instrumenata koju je stvorio Apollo program do tada.
Young i Duke proveli su ukupno 71 sat na Mjesecu, izvodeći tri EVA ili („mjesečeve šetnje") u ukupnom trajanju od 20 sati i 14 minuta. Na početku prve EVA, posada je rasporedila i lunarni rover i skup eksperimenata, uključujući pasivne i aktivne seizmometre, eksperiment toka topline, detektor kosmičkih zraka i eksperiment sastava solarnog vjetra. I naravno – snimili su i Zemlju s Mjeseca.
Charles Duke je ostavio dva predmeta na Mjesecu, a oba je fotograsirao dok je bio tamo. Jedan je fotoportret njegove porodice u plastičnom omotu. Na naličju ove fotografije su potpisani članovi njegove porodice i piše: "Ovo je porodica astronauta Dukea sa planete Zemlje. Sletio na Mjesec, april 1972."
Drugi predmet bila je prigodna medalja koju su izdale zračne snage SAD, koje su 1972. slavile svoju 25. godišnjicu. Uzeo je dvije medalje, ostavivši jednu na Mjesecu, a drugu poklonio Nacionalnom muzeju zrakoplovnih snaga SAD u Wrightu - Zrakoplovna baza Patterson u Ohiju.
John Young je preminuo 2018. godine, dok su Ken Mattingly i Charles Duke još uvijek živi.
