1984 року Марка направили взяти участь у програмі «Канадський астронавт» (англ.Canadian Astronaut Program): його відібрали серед 4000 кандидатів на одного із семи майбутніх канадських астронавтів. Він відправився в перший політ на шатлі «Челленджер» за програмою STS-41-G як спеціаліст з корисного навантаження. Політ тривав з 5 до 13 жовтня 1984[3].
Брав участь у другому польоті «STS-77» з 19 до 29 травня 1996, знову був фахівцем з корисного навантаження; третій політ «STS-97» — 30 листопада 2000 як фахівець польоту. До часу відходу у лютому 2001 року Марка Ґарно із загону астронавтів, загальна тривалість польотів становила 29 діб 2 години 00 хвилин 15 секунд.[4]
Відійшовши із загону, Марк обійняв посаду виконавчого віцепрезидента КАА; у листопаді 2001 став його президентом. У серпні 2003 Марк Ґарно удостоєний найвищої нагороди Канади: він став компаньйоном Ордена Канади. Очолював КАА до кінця 2005 року, коли й розпочав свою політичну кар'єру[5]