L’exploration de Mars tient une place particulièrement importante dans les programmes scientifiques d'exploration du système solaire des principales puissances spatiales. Près de quarante sondes, orbiteurs et atterrisseurs, ont été envoyées vers Mars depuis le début des années 1960. Les motivations sont multiples. Mars constitue d'abord une destination proche ce qui permet d'y envoyer relativement facilement des engins spatiaux. Par ailleurs, contrairement aux autres planètes du Système solaire, Mars a sans aucun doute connu par le passé des conditions assez proches de celles régnant sur Terre qui ont pu, mais cela reste à confirmer, permettre l'apparition de la vie. Depuis l'invention du télescope cette planète de type terrestre intrigue les scientifiques comme le grand public. Certains ont spéculé sur la présence d'une civilisation martienne. Mais le premier survol de Mars par la sonde américaine Mariner 4 (1964) dévoile une planète beaucoup moins accueillante que prévu dotée d'une atmosphère très ténue, sans champ magnétique pour la protéger des rayonnements stérilisants et comportant une surface d'apparence lunaire très ancienne. Toutefois les observations plus poussées menées par l'orbiteur Mariner 9 (1971) montrent que Mars présente en fait une géologie plus complexe avec des traces de volcanisme et des formes peut-être façonnées par des eaux de surface.
Mars a été un des enjeux de la Course à l'espace, affrontement pacifique entre les États-Unis et l'Union soviétique à l'époque de la Guerre froide. L'URSS parvient la première à poser sur le sol de la planète l'atterrisseur Mars 3 (1971) mais celui-ci ne survit que 20 secondes. Les deux atterrisseurs américains du programme Viking accompagnés par des orbiteurs qui arrivent sur Mars en 1976 se caractérisent par leur longévité et fournissent une moisson d'informations sur la planète : composition de l'atmosphère, météorologie martienne, premières analyses du sol martien in situ. Une tentative de détection d'une vie microbienne au moyen d'un mini laboratoire embarqué ne fournit pas de résultat déterminant. Durant les 20 ans qui suivent plus aucune mission n'est lancée vers Mars. Dès cette époque des projets de missions spatiale habitée sont élaborés. Mais le défi technique et financier soulevé par une telle mission reste dans les années 2010 hors de portée des capacités des agences spatiales les mieux dotées.
Les années 1990 voient la reprise des missions d'exploration de Mars avec des résultats contrastés. Pas moins de sept sondes spatiales sont perdues : les deux sondes spatiales du programme soviétique Phobos (1988) lancées vers le satellite Phobos, la sonde de la NASA (Mars Observer (1992), la sonde soviétique Mars 96 (1996) développée avec une forte participation européenne, les sondes américaines Mars Climate Orbiter (1998) et Mars Polar Lander (1998), et enfin la sonde japonaise Nozomi (1998). La NASA connait toutefois deux succès l'un essentiellement technologique avec le petit rover Sojourner déposé sur le sol martien par Mars Pathfinder (1996) et l'autre scientifique avec l'orbiteur Mars Global Surveyor (1996) qui va collecter des données détaillées sur la planète durant 9 ans. Ce dernier détecte la présence de minéraux qui prouvent que Mars n'a pas toujours été la planète aride que l'on connait aujourd'hui.
Les années 2000 sont beaucoup plus fructueuses. Au début de cette décennie la NASA développe plusieurs missions à budget modéré dont l'objectif principal est la recherche de la présence passée et présente d'eau. Ce sont les orbiteurs 2001 Mars Odyssey et Mars Reconnaissance Orbiter (2005), les deux rovers MER (2003) et l'atterrisseur Phœnix (2007) qui se pose sur la calotte polaire. L'ensemble des informations recueillies complétées par celle de l'orbiteur européen Mars Express (2003) permettent d'esquisser une histoire géologique et climatique de Mars et de préparer la mission particulièrement ambitieuse et couteuse du rover Mars Science Laboratory lancé en 2011. Celui-ci, doté d'une instrumentation scientifique sophistiquée, doit réaliser une étude géologique et minéralogique très poussée qui pourrait permettre de détecter indirectement la présence passée d'une vie sur Mars. Mais cette période est également marquée par l'abandon du projet de retour d'échantillon martien stoppé pour des raisons techniques et financières et de celui du réseau de stations météorologiques MetNet. Les projets en cours sont handicapés par la récession économique qui frappe les États-Unis et seules deux missions aux objectifs et aux couts modestes sont programmées en 2012 : l'orbiteur Maven qui doit être lancé fin 2013 et étudiera les mécanismes qui entrainent la disparition de l'atmosphère martienne et l'atterrisseur fixe InSight (2016) chargé d'étudier la structure interne de la planète.