Im Oktober 2012 wurde Kononenko für einen Langzeitaufenthalt an Bord der ISS nominiert. Er flog am 22. Juli 2015 als Kommandant des Raumschiffs Sojus TMA-17M zusammen mit dem japanischen Astronauten Kimiya Yui und dem amerikanischen Astronauten Kjell Lindgren zur ISS. Dort arbeitete er bis zum 11. Dezember 2015 als Bordingenieur der Expeditionen 44 und 45.