先驱者11号是第一个近距离探测土星的探测器，也是第一个成功观测木星南北极的探测器。它上承先驱者10号，下启旅行者2号。它的成功使人类探索“外行星”（木星、土星、天王星与海王星）的脚步又大大向前迈了一步，也为此后执行任务的一些外行星探测器积累了宝贵的经验。特别是，它为旅行者2号检查了预定路线的安全性，为后者成功探测天王星与海王星铺平了道路，从而为人类实现“行星壮游”的壮举起到不可替代的重要作用。
先驱者10号的成功不仅实现了人类近距离探测木星的梦想，大大增强了人类对外行星探测的信心，也使它的姐妹探测器——先驱者11号——从备件模式切换到独立探测器模式。NASA的艾姆斯研究中心的先驱者号团队正式启动先驱者11号探测土星的计划。这个计划的具体步骤是：先驱者11号先探访木星，然后借助木星的引力弹弓效应实现加速、变轨，再直奔土星，实现土星探测的破冰之旅。
先驱者11号与先驱者10号的结构完全一样，都有提供电能的核电池、维持通信与用于传输数据的天线系统、用于探测的重要仪器与用于定位导航的系统。先驱者11号携带的仪器与先驱者10号基本相同，但先驱者11号比先驱者10号多一个仪器：磁通门磁强计。增加的这个仪器使它比先驱者10号重0.5千克，因此它的总质量为258.5千克。
此外，由于发射时间晚了一年多，先驱者11号上面的仪器——特别是探测磁场与辐射的相关仪器——得到一定程度的改进。先驱者11号的推进系统、通信系统、核电池系统也与先驱者10号的完全相同。
1973年4月6日，先驱者11号搭载擎天神-半人马火箭升空。将它送上天的火箭搭配固体发动机，以让探测器获得更高的速度。此时，大约13个月前升空的先驱者10号已经离开小行星带，正在前往木星的路上，但尚未开始探测木星。1974年3月中旬，先驱者11号安全穿过了小行星带。1973年4月11日，先驱者11号进行了一次轨道修正。
1974年1月1日，先驱者10号成功结束了木星探测任务。
先驱者11号不再作为先驱者10号的备件，转而执行探测土星的方案。但它依然要先飞掠木星，从而借助木星引力弹弓效应变轨并加速。在确认先驱者10号大获成功之后，旅行者号团队希望先驱者11号能以更近的距离靠近木星，为将来旅行者号飞掠木星探路。更近的路线意味着更大的风险，因此先驱者号团队中的部分成员反对这个建议。
但在权衡利弊后，先驱者号团队最终还是同意了这个建议，毕竟更近距离不仅意味着风险，也意味着巨大的收益：可以获得木星的高清图像。
1974年4月26日，先驱者号团队发出指令，修正先驱者11号的轨道，从而实现三个目标。首先，先驱者11号将比先驱者10号更接近木星，可以进行更高清晰度的观测。其次，先驱者11号的轨道面与木星赤道面将有52度的夹角。
这带来了两个好处：它在进入木星系统时可以观测木星的南北极区域；它可以尽量减少先驱者11号受到的木星辐射剂量——此前先驱者10号的探测表明木星的磁场是围绕木星赤道面的环向磁场，沿着这样的轨道飞行，可以尽量缩短木星磁场与辐射影响仪器的持续时间。第三，修正后的轨道将以逆行的方式飞掠木星，即它前进路线的方向与木星自转的方向相反。这使它可以在短时间内看到木星更多表面并更好地测量木星磁场。
1974年11月7日，先驱者11号进行了一次变轨，开始进入木星系统。11月25日03:39，先驱者11号穿过木星的激波。接下来，先驱者11号开始飞掠木星及其卫星。1974年12月2日，先驱者11号先后飞掠木卫四与木卫三；12月3日，先驱者11号先后飞掠木卫一与木卫二。相较先驱者10号，先驱者11号飞掠木星的四颗卫星时的距离有近有远。
1974年12月3日5:02，先驱者11号从木星后面经过，19分钟后，先驱者11号到达木星近点，此时它距离木星云顶4.2828万千米。作为对比，先驱者10号木星近点与木星云顶的距离是13.2万千米。因此，先驱者11号远比先驱者10号更靠近木星，仅为后者距离的1/3，这使得它可以得到远比后者更清晰的木星图像。
先驱者11号拍摄到木星大红斑的清晰图像，当时先驱者11号在木星南纬31度上空、距离木星54.5万千米。与先驱者10号一样，先驱者11号上面没有数据存储设备，它只能在获得数据的同时立即发送数据，所以，在它进入木星后面时，它拍摄的任何数据都无法被传送到地球。
1974年12月3日5:44，先驱者11号从木星后面出来，开始重新发送获得的数据。紧接着，它高速飞向木星北极区域上空。
12月3日09:27，先驱者11号拍摄到木星的北极区域，当时它距离木星43.5万千米。这是人类第一次看到木星的极区。在先驱者11号拍摄的木星北极区域的图像中，清晰度达到152千米每像素。此前，天文学家猜测木星两极区域的大气比赤道区域的大气更透明一些，观测其南北极区域可以更深入地观测大气内部。
由于速度比先驱者10号更高，且轨道面与木星赤道面存在较大夹角，它在飞掠木星的过程中受到木星环形辐射带的伤害小于先驱者10号受到的伤害。1974年12月3日，先驱者11号飞掠木卫五，确定了它的质量。1975年1月1日，先驱者11号停止对木星的探测。在探测木星系统期间，先驱者11号发回木星及其卫星的几百张照片，对木星进行了红外测量，并获取了磁场与带电粒子的数据。
由于木星的巨大引力的作用，先驱者11号的轨道发生大角度的偏折。此后，先驱者号团队发出指令，让它在1976年5月26日和1978年7月13日先后实现两次变轨，进一步修正了它的轨道，使其飞向轨道另外一侧的土星。1979年7月31日，先驱者11号开始观测土星。此时，旅行者1号与旅行者2号也已先后结束对木星的探测，正朝着土星飞来。1979年8月26日，先驱者11号拍摄的土星、土星环与土卫五。
1979年8月29日，先驱者11号进入土星系统，先后飞掠土卫八与土卫九。1979年8月31日，先驱者11号飞掠土卫七。
同日，它在距离土星150万千米处探测到了土星的激波，从而首次用观测证明土星存在磁场。1979年9月1日，先驱者11号先后飞掠土卫十一、土卫十五、土卫四与土卫一，并穿过土星外环之外的平面，接近A环。
当天16:29:34，先驱者11号到达土星近点，此时它距离土星云顶2.0591万千米，速度达到31.7千米每秒。在接近与离开土星的过程中，先驱者11号拍摄了440张土星系统的照片，其中约20张的分辨率达到90千米每像素。
在此期间，它还发现了土星的F环与两颗新卫星。飞掠土星后，先驱者11号又在同一天先后飞掠土卫十、土卫三、土卫二、土卫十四与土卫五。1979年9月2日，先驱者11号飞掠土卫六。
它拍摄的土卫六照片的分辨率最高达到179千米每像素。这些图像表明土卫六是一个没有表面大气特征的橙黄色卫星。根据不同波段的图像，天文学家测出土卫六的直径为5690或5760千米。数据还表明，土卫六云层顶端的温度约为75K（零下198摄氏度）。1979年9月2日，先驱者11号在36万千米距离拍摄的土卫六。
在飞掠土星期间，先驱者11号的红外辐射计测量土星上层大气的红外辐射，结合无线电掩星方法，确定了土星上层大气的温度、结构等性质。它的数据表明：土星的平均温度约为零下180摄氏度，土星的主要成分是液态氢，因此不适合生命生存。然后，先驱者11号向土星E环方向飞驰，离开土星。1979年10月5日，先驱者11号结束对土星系统的观测。
在土星引力的影响下，先驱者11号的轨道发生偏折。
此后它朝着银河系中心方向飞离太阳系，开始执行星际任务。需要注意到的是，它飞离太阳的方向与先驱者10号飞离的方向几乎相反。1995年，先驱者11号无法再为它的仪器供电，NASA决定关闭它。1995年11月24日，人类与先驱者11号彻底失去联系。现在，先驱者11号距离太阳约111天文单位（约166亿千米）。
现在它相对太阳的速度为11.182千米每秒，以每年2.36天文单位的速度朝着现在盾牌座的方向运动。它的速度也已超过第三宇宙速度，因此可以在将来脱离太阳系。
先驱者11号也携带了一块金属牌，上面的符号与图案与先驱者10号上面的那块完全一样。由于先驱者10号只飞掠了木星，而先驱者11号还飞掠了土星，二者轨道不相同。因此，先驱者11号的牌子上的路线图是不精确的。不过这是个小问题。
2019年，有人用Gaia卫星获得的恒星位置与运动速度、方向的数据推断出：约92.83万年后，先驱者11号将飞掠矮星TYC 992-192-1，与它最近时的距离为0.8光年。这是它未来257万年内能够遇到的最近的恒星。
先驱者11号的成功也为此后执行任务的旅行者1号、旅行者2号与卡西尼-惠更斯号探测器探测土星积累了第一批宝贵经验，并为旅行者2号探测天王星与海王星扫清了道路。
特别是，它验证了土星环内部的颗粒环境，确保旅行者2号将来可以安全通过预定路线。尽管先驱者号团队成员曾因先驱者11号为旅行者2号而牺牲自己的最后探测目标而愤愤不平，但随着后来旅行者2号成功探测了天王星与海王星，他们也释然了。因为他们知道，先驱者11号为旅行者2号作了开路先锋，从而为人类探索这两颗冰巨行星做出了自己的重要贡献。