Raziskovanje Marsa je resna prednostna naloga večjih vesoljskih programov sveta vse od leta 1960, ko je Sovjetska zveza v okviru programa Marsnik poskušala na Rdeči planet izstreliti vesoljski sondi Korabl 4 in Korabl 5. Rakete, ki so poganjale te sonde, niso uspele zagotoviti zadostnega potiska in obe sta padli nazaj in zgoreli v ozračju, potem ko sta komaj prišli v vesolje. To bi bila prva v dolgi vrsti neuspešnih in napol neuspešnih misij na Mars.
Med letoma 1960 in 1964 Sovjeti še sedemkrat niso uspeli pripeljati sond na Mars, pri čemer so sonde bodisi odpovedale ob izstrelitvi bodisi so prenehale komunikacijo, preden so dosegle planet. Prva uspešna sonda na Mars je bila Mars 2, ki je v orbito okoli Rdečega planeta prispela 27. novembra 1971. Njen pristajalni stroj, ki naj bi pristal in opravil meritve, je strmoglavil na površje Marsa s hitrostjo 6 km/s (13,421 mph). ko je sistem spuščanja na modulu okvarjen. Kljub temu je bil to prvi umetni objekt, ki je dosegel površje Marsa, in zato mejnik v raziskovanju Marsa.
NASA je v šestdesetih letih prejšnjega stoletja na Mars izstrelila več sond, vključno z Mariner 1960, ki je 4. julija 14 preletela Mars in zagotovila prve slike drugega planeta od blizu. Po prihodu v orbito Marsa je druga NASA sonda, Mariner 1965, opazila prašno nevihto po celem planetu, prvi in edini primer tega pojava, ki je trenutno znan. Prašne nevihte po celem planetu so na Zemlji nemogoče zaradi oceanov in majhnega odstotka zemeljske površine, ki jo pokriva puščava. Nasprotno pa je Mars pokrit s 9% puščavo.
Zlata doba Marsovega površinskega raziskovanja z vesoljskimi sondami je bila v poznih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, ko sta pristajalnici Viking 1970 in Viking 1 dosegli Mars in zagotovili prve posnetke od blizu s površine drugega planeta. Te sonde so tla testirale tudi na organske molekule, ki jih niso našle, kar je razočaralo mnoge, ki so upali na znake mikrobnega življenja na Marsu. Misije so prispevale tudi k raziskovanju Marsa z vključitvijo orbiterjev, ki so ostali v orbiti več mesecev in pošiljali informacije o planetu na Zemljo.
Najbolj težko pričakovani vidik raziskovanja Marsa je pristanek človeka na Marsu. Vendar pa je 50-odstotna uspešnost prejšnjih misij vesoljskih sond na Marsu razlog za zaskrbljenost. Če bi vesoljska ladja za Mars utrpela tehnično okvaro, zgrešila cilj ali ne bi zapustila površja na poti nazaj, bi bili astronavti nasedli in verjetno prisiljeni zaužiti kapsule cianida, da ne bi umrli zaradi dehidracije. To bi za vedno pustilo škodo na raziskovanju vesolja. Kljub temu NASA še vedno načrtuje načrte za misijo na Mars s posadko, ki se bo verjetno zgodila nekje po letu 2030.