以下列出火星探测的简要概述，面向轨道器和飞越任务。又见登陆火星（英语：Mars landing）。
人类使用空间探测器进行火星探测的历史几乎贯穿整个人类航天史。几乎就在人类刚刚有能力挣脱地球引力飞向太空的时候，第一个火星探测器也开始了它的旅程。最早期的探测器几乎都失败了，而火星探测也就是在一次又一次的失败中不断前进。
1960年代
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苏联
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早期探索
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主条目：火星1A号、火星1号和火星计划
火星1A号火星探测器
1965年由水手4号所拍摄的火星，是历史上首张火星近距离照片
由水手4号所拍摄的法厄同区的水手坑（英语：Mariner (crater)）
1960年10月10日，苏联向火星发射了第一枚探测器火星1A号。紧接着就在四天以后，14日第二枚火星探测器火星1B号升空。然而这两枚火星探测的先行者却连地球轨道都没能到达。
1962年10月24日，当火星又一次运行到合适的位置时，苏联的第三枚火星探测器火星1C号升空了，然而这次它也是仅仅到达了环绕地球的轨道而已。1962年11月1日，苏联向火星发射了火星1号，这枚探测器成功进入了前往火星的轨道，并且计划于1963年6月19日到达火星，然而1963年3月21日它飞行到距离地球1.06亿千米的距离时，与地面永远失去了通信联系。三天以后，苏联的又一枚探测器升空，这枚探测器同样面临失败的命运，仅仅到达环绕地球轨道，此后火箭未能再次成功点火，两个月后坠入地球大气层烧毁。
1964年11月30日再次向火星发射了探测器，但是这枚探测器再次以失败告终，它虽然最终到达了火星附近，但是却没有能够向地球发回任何数据。
1969年向火星发射了两枚探测器，然而这次甚至比此前的情况更加糟糕，第一枚探测器在发射后7分钟因发动机故障发生爆炸，而另一枚探测器发射后不到1分钟就坠向了地面。
美国
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水手号探测计划
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主条目：水手号计划、水手4号、水手6号和水手9号
1964年，美国也先后向火星发射了两枚探测器水手3号和水手4号。水手3号于12月5日发射升空，是美国发射的第一枚火星探测器，然而探测器的保护外壳未能按预定计划成功与探测器分离，导致太阳能板未能打开，于发射8小时后电池耗尽，与地面永远失去了通信联系，并导致探测器偏离轨道，估计距火星数百万英里处掠过，任务失败。水手4号于12月28日发射升空，这是有史以来第一枚掠过火星并发回探测数据的探测器，于1965年7月14日在火星表面9800千米上空掠过火星，向地球发回了21张照片，此后又在环绕太阳轨道上花费三年时间对太阳风进行探测。水手4号发回的数据表明火星的大气密度远比此前人们认为的稀薄，也没有发现磁场[2][3]或辐射带[4]。这些新数据促使天文学家修改后续的火星研究设计，也显示火星上存在生物的可能性比先前预测的还低[5][6][7][8]。1969年美国向火星发射了水手6号和水手7号。前者于2月24日发射升空，7月31日抵达火星。后者于3月27日发射升空，8月5日抵达火星。这两枚探测器携带有更先进的仪器和通讯设备，它们成功掠过火星，对火星大气成分进行分析，并传回大量照片。
1970年代
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苏联
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1971年苏联向火星发射了三枚探测器。第一枚探测器于5月10日发射，包括一个轨道器和一个着陆器，尝试在火星表面着陆，但实际上它仅仅到达了环绕地球轨道。按照计划，探测器应该在地球轨道上停留1.5小时，然后点火向火星进发，但是由于失误，它的计时器要等上1.5年向火箭发出这个点火指令，这枚探测器后来被称为宇宙419号，因为苏联事后否认这枚探测器将要前往火星。
火星2号、3号首次抵达表面
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火星2号和火星3号是苏联1971年当年发射的另外两枚火星探测器，与宇宙419号的设计几乎完全相同，各由一个环绕火星的轨道器和一个着陆器组成，分别于5月19日和5月28日发射升空。火星2号于11月27日到达火星，成功进入环绕火星轨道，并释放着陆器，但着陆器降落伞未打开而在火星表面坠毁，这是有史以来第一个成功抵达火星的人造物。火星3号于12月2日到达火星，成功进入环绕火星轨道，并释放着陆器，其着陆器成为有史以来第一个成功在火星表面软着陆的探测器，取得了空前的成功，虽然它仅仅在火星上工作了14.5秒，甚至没能发回一张完整的照片就永远与地球失去了通信联系。火星2号和3号的轨道器在火星轨道上工作了近9个月之久，从1971年12月至1972年3月期间发回一个比较大的数据量，传输持续至8月22日。1972年8月22日发回数据和共有60张的照片之后，火星2号和3号结束了使命。这些图像和数据创建了表面地形图，并给出火星引力和磁场的信息。[9]
苏联在1973年连续向火星发射了四枚探测器，但是都没有完成它们的探测任务。除了火星7号外所有任务都发回了数据，其中火星5号是最成功的。火星4号于1973年7月21日发射升空，火星5号于1973年7月25日发射升空，它们分别于1974年2月10日和1974年2月12日到达火星附近，火星4号没能成功进入环绕火星轨道，而火星5号则在进入环绕火星轨道不久后就丢失了。火星4号在的2200公里范围飞过行星返回一位幅图片和无线电掩星观测数据，这些数据构成火星上的夜侧电离层的有史以来第一个检测。[10]在发射机外壳加压损失结束使命之前，火星5号传送回60幅图像。火星6号和火星7号都携带有轨道器和着陆器，它们分别于1973年8月5日和1973年8月9日发射升空，然后分别于1974年3月12日和1974年3月9日到达火星附近，火星6号的着陆器成功进入了火星大气层并打开了降落伞，然后就丢失了，而火星7号甚至还没进入环绕火星轨道并在距离火星1300公里处就丢失了。
美国
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1971年美国向火星发射了两枚探测器，尝试进入火星轨道，环绕火星飞行，以获取火星的高清晰照片。5月8日，水手8号发射升空，几分钟后因火箭故障坠入了大西洋。5月30日，水手9号发射升空，这是有史以来第一枚成功进入环绕火星轨道的探测器，取得了空前的成功。水手9号于1971年11月14日到达火星，在火星轨道上工作了将近一年之久，发回了7329张照片，覆盖了火星表面超过80%的部分，同时还对火星的两颗卫星进行了探测。
维京号探测计划
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主条目：维京号、维京1号和维京2号
美国国家航空航天局的维京号探测计划是有史以来最为成功的火星探测计划之一。它们由两部分组成，一个轨道器和一个着陆器。维京1号于1975年8月20日发射升空，轨道器于1976年6月19日进入环绕火星轨道，着陆器于1976年7月20日在火星表面成功着陆。海盗2号于1975年9月9日发射升空，轨道器于1976年8月7日进入环绕火星轨道，着陆器于1976年9月3日在火星表面成功着陆。维京1号成为第一枚在火星上着陆，并且成功向地球发回照片的探测器。海盗1号的轨道器在轨道上一直工作到1980年8月17日，而着陆器使用核能作为电力来源，在火星表面正常工作超过六年，直到1982年11月13日错误指令导致失去通信联系为止。维京2号的轨道器在轨道上一直工作到1978年7月25日，而着陆器在火星表面正常工作了三年多的时间，直到1980年4月11日电池故障导致通讯联系中断。海盗号火星探测计划总共向地球发回了数万张高清晰照片。在很长一段时间内，海盗1号都是在火星表面存活时间最长的纪录保持者，直到2010年5月19日才由机遇号以2246个任务日的运转打破了海盗1号2245个任务日的纪录。
维京1号着陆点 (1978-02-11). 维京1号着陆点 (第一张彩照, 1976-07-21). 维京2号着陆点 (第一张彩照, 1976-09-05). 维京2号着陆点 (1977-09-25). 维京2号着陆点的霜 (1979-05-18). 维京1号地点克里斯平原的火星日落 (1976-08-20).
着陆器任务的主要科学目标是寻找生物迹象信号，观察火星气象学的、地震学的和磁学的性质。海盗登陆器上的生物实验的结果仍然没有定论，在2012年发表的一个重新分析海盗数据表明火星上有的微生物生命迹象。[11][12]
在德罗摩尔撞击坑的洪水侵蚀. 在欧克西亚沼区泪滴型的岛屿. 在月沼区流线型的岛屿. 位于Lunae Palus的冲刷图案.
海盗轨道器揭示大洪水刻深的山谷，侵蚀沟槽进入基岩，并且旅行数千公里。在南半球支流的区域，表明曾经有过降雨落下[13][14][15]
1980年代
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苏联
以火卫一的名字命名的福波斯1号和福波斯2号探测器分别于1988年7月7日和1988年7月12日发射升空，这是继1973年失败后，苏联又一个火星探测计划。然而尽管相隔15年之久，这两颗探测器依然没能逃脱失败的命运，福波斯1号于1988年9月2日在飞往火星的途中失去联系，而福波斯2号则在1989年3月27日探测器进入环绕火星轨道后不久与地球失去了通信联系，它所携带的着陆器也没能在火星表面着陆。
1990年代
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美国
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火星全球勘测者所拍摄的照片
经过多次推迟，美国的火星观察者探测器于1992年9月25日发射升空，开始了它前往火星的旅程。一切似乎进展得相当顺利，然而1993年8月21日，就在它几乎就要到达火星，准备点火进入环绕火星轨道时，与地球失去了通信联系。1996年11月7日火星全球勘测者探测器发射升空，这枚探测器持续运作了10年，最后在2006年11月2日失去讯号联络，它是最成功的火星任务之一。1997年7月4日美国的火星探路者号火星表面克里斯平原和阿瑞斯峡谷的交界附近着陆。它携带了名为为旅居者号的小型的10.6千克（23磅）轮式机器人的火星车，这是人类第一部正常工作的火星车。[16][17]1998年12月11日发射的火星气候探测者号 以失败告终。1999年1月3日发射的火星极地登陆者和其搭载的深空2号，则以失败告终。[18]
日本
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1998年7月3日发射的希望号探测器以失败告终。
俄罗斯
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1996年12月16日，俄罗斯发射了火星96号探测器，探测器进入地球轨道后未能成功点火进入前往火星的轨道，不久后在坠入太平洋而宣告失败。