ยานอวกาศลำแรกที่ประสบความสำเร็จในการผ่านใกล้ดาวอังคาร คือ ยานมารีเนอร์ 4 ของสหรัฐอเมริกา เมื่อวันที่ 22 กรกฎาคม พ.ศ. 2508 ภาพที่ถ่ายทอดกลับมาจำนวน 22 ภาพแสดงให้เห็นว่าพื้นผิวดาวอังคารมีหลุมและบ่อมากมาย ยานอวกาศมารีเนอร์อีกหลายลำต่อมา สามารถถ่ายภาพพื้นผิวรวมกันแล้วได้ครบทั่วทุกบริเวณ โดยเห็นภาพละเอียดถึง 1 กิโลเมตร ภาพถ่ายเหล่านี้ช่วยให้นักภูมิศาสตร์ทำแผนที่ของดาวอังคารได้ทั้งดวง บนพื้นผิวของดาวอังคารจึงพบการเปลี่ยนแปลงต่างๆ ทางธรณีวิทยา เช่น ปล่องภูเขาไฟ หุบเหวกว้างและลึกร่องที่เหมือนกับร่องน้ำที่เคยเป็นทางน้ำไหลมาก่อน ยานที่สำรวจดาวอังคารต่อจากยานมารีเนอร์ คือ ยานไวกิง 2 ลำ แต่ละลำประกอบด้วยยานลำแม่ที่เคลื่อนรอบดาวอังคาร ในขณะที่ส่งยานลูกลงสัมผัสพื้นผิวดาวอังคาร ยานไวกิง 1 ลงที่ไครส์ พลาทิเนีย (Chryse Planitia) ซึ่งแปลว่า ที่ราบแห่งทองคำ เมื่อวันที่ 20 กรกฎาคม พ.ศ. 2519 เป็นเวลา 7 ปีหลังจากที่ นีล อาร์มสตรอง เหยียบดวงจันทร์ ต่อจากนั้นอีก 2 เดือน ยานไวกิง 2 ก็ลงในที่ราบทางเหนือชือที่ราบยูโทเปีย (Utopia) ยานทั้งสองมีแขนกลยื่นออกไปตักดินบนดาวอังคารมาวิเคราะห์ภายในยาน เพื่อค้นหาสิ่งมีชีวิต หรือซากของสิ่งมีชีวิต แต่การวิเคราะห์ไม่ยืนยันว่ามีหรือเคยมีสิ่งมีชีวิตบนดาวอังคาร ต่อจากยานไวกิงคือ ยานมาร์สพาธไฟเดอร์ ที่นำรถโซเจนเนอร์ไปด้วย ยานได้ลงบนพื้นผิวดาวอังคารเมื่อเดือนกรกฏาคม พ.ศ. 2540 ภาพที่น่าตื่นเต้นคือการติดตามรถคันเล็กๆ เคลื่อนที่สำรวจก้อนหินใกล้ฐานซึ่ง ต่อมาได้รับชื่อว่า ฐานเซแกน ภาพก้อนหินที่เรียงในทิศทางเดียวกันชี้ให้ เห็นว่าบนดาวอังคารเคยมีน้ำไหลมาก่อน ล่าสุดยานมาร์สโกลบอล เซอร์เวเยอร์ ซึ่งกำลังเคลื่อนรอบดาวอังคารได้ส่งภาพหุบเหวที่เป็นร่องลึกหรือที่เรียกว่า แคนยอน ซึ่งคดเคี้ยวไปมา ในอนาคตสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่น มีโครงการที่จะส่งยานอวกาศไปเก็บดินจากดาวอังคารกลับมาวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการบนโลก และอีกไม่นานมนุษย์จะเดินทางไปดาวอังคารเช่นเดียวกับการลงบนดวงจันทร์ เมื่อ พ.ศ. 2512