In 2009 werd Yui geselecteerd als astronaut bij Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). Yui’s eerste en enige ruimtevlucht was Sojoez TMA-17M en vond plaats op 22 juli 2015. Deze vlucht bracht de bemanningsleden naar het ISS. Hij maakte deel uit van de bemanning van ISS-Expeditie 44 en 45.