Kimbrough ha realizado dos vuelos espaciales, el primero fue un vuelo de transbordador espacial y el segundo una misión de seis meses en la Estación Espacial Internacional (ISS) a bordo de una nave rusa Soyuz.

Durante la misión, Kimbrough realizó dos EVA (del inglés Extravehicular activity, 'Actividades extravehiculares').

En el décimo aniversario de la Estación Espacial Internacional, Stefanyshyn-Piper y Kimbrough realizaron con éxito el segundo EVA de la misión y el primero de Kimbrough, que duró 6 horas y 45 minutos.

Durante el EVA, instalaron tres nuevas placas adaptadoras e instalaron conectores eléctricos preparando el camino para reemplazar las baterías ISS.

Durante el EVA, prepararon la infraestructura para reemplazar las baterías de la ISS.

Durante el EVA, conectaron el PMA-3 e instalaron nuevos blindajes en los escudos axiales del Nodo 3 después de perder un blindaje.

[9]​ Kimbrough llevó un balón de fútbol recuperado de los restos del transbordador espacial Challenger a la ISS, después de lo cual fue devuelto a la familia del astronauta del Challenger Ellison Onizuka y se exhibió en Clear Lake High School en Houston.