火星是目前人類已知的太陽系的所有天體中表面環境與地球最為接近的，因此有很多人猜測火星上可能有生命的存在，這也激發了人類探測火星的興趣。
1962年，前蘇聯率先向火星發射了人類第一個火星探測器——「火星」1號，可惜的是它在飛離地球1億千米時與地面失去聯繫，並且從此下落不明。1964年，美國成功發射了「水手」4號火星探測器，並在距離火星1萬公裡處拍回了21幅火星照片。
接下來的數年，美國相繼發射了「水手」號的系列火星探測器，完成了關於火星探索的很多重要工作。1975年，美國又相繼發射了「海盜」1號和2號火星探測器。1996年11月、12月美國相繼成功發射了「火星全球勘探者」號和「火星探路者」號火星探測器，2001年4月美國又成功發射了「2001火星奧德賽」號火星探測器。2003年6月和7月，美國又先後成功發射了「勇氣」號和「機遇」號火星車，前者2004年已與地面失去聯繫，後者目前仍在超期服役中。
2003年6月歐空局成功發射了其首次火星探測計劃的第一枚火星探測器「火星快車」號。
2007年8月4日，美國成功發射「鳳凰」號火星著陸探測器，「鳳凰」號於2008年5月25日成功降落在火星北極附近區域，但是目前已經與地面失去了聯繫。2011年11月26日，迄今為止美國航空航天局最先進最大的火星車「好奇」號卡納維拉爾角基地發射成功。2012年8月6日，「好奇」號成功登陸火星，主要用於探測火星歷史上是否存在適宜生命生存的環境。
2011年11月8日，中國火星探測計劃中的第一顆火星探測器「螢火1號」與俄羅斯的採樣返回探測器一起發射升空，開始對火星的探測研究。
美國的MAVEN火星探測器2014年已經投入到火星探測的任務當中。歐空局與俄羅斯合作的ExoMars火星探測器也將在2016年開始火星探測任務。