Start Wyniesienie satelity na orbitę było zaplanowane na październik 2013 roku, jednak zostało opóźnione ze względu na wymianę sprzętu zagrożonego usterką. Sonda wystartowała 19 grudnia 2013 roku o 09:12:19 UTC z Gujańskiego Centrum Kosmicznego przy pomocy rakiety Sojuz-STB (komercyjnej odmiany Sojuza 2). W ciągu 10 minut od startu, po oddzieleniu pierwszych trzech stopni i uruchomieniu górnego stopnia Fregat, dostarczono ją na tymczasową orbitę parkingową na wysokości 175 kilometrów. Po kolejnych 11 minutach drugie odpalenie Fregatu pozwoliło przejść na orbitę transferową, aż wreszcie Gaia oddzieliła się od górnego stopnia. Po uruchomieniu naziemnej telemetrii i kontroli położenia rozpoczęto uruchamianie obserwatorium. Jedną z procedur było rozłożenie osłony przeciwsłonecznej, która chroni satelitę przed wysoką temperaturą. Ten etap zakończył się około półtorej godziny po starcie. Następnie teleskop rozpoczął podróż do punktu L2. W celu dostarczenia sondy do tego miejsca konieczne było wykonanie kilku manewrów przy użyciu silników sterujących.