ดาวอังคารเป็นดาวเคราะห์ที่ได้รับความสนใจมากที่สุด ในบรรดาดาวเคราะห์บนฟ้าทั้งหมด เพราะเคยมีคนเชื่อว่า มีมนุษย์อยู่บนดาวเคราะห์สีแดงดวงนี้ ดาวอังคารยังเป็นดาวเคราะห์ที่มีโอกาสเข้ามาใกล้โลกเกือบพอๆ กับดาวศุกร์ โดยระยะใกล้ที่สุดจะอยู่ภายใน 40 ล้านกิโลเมตร เมื่อใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ที่มีกำลังแยกภาพสูงสุด ส่องดาวอังคารขณะอยู่ใกล้โลกที่สุด จะเห็นรายละเอียดได้ถึง 150 กิโลเมตร ซึ่งเทียบได้กับการเห็นริ้วรอยบนดวงจันทร์ด้วยตาเปล่า ที่กำลังแยกภาพขนาดนี้จะไม่เห็นรายละเอียดของพื้นผิว เช่นไม่เห็นภูเขาหรือหุบเหว หรือหลุมบ่อของดาวอังคาร แต่จะเห็นโครงสร้างใหญ่ๆ เช่นขั้วน้ำแข็งสีขาว หรือริ้วรอยสีคล้ำซึ่งเปลี่ยนแปลงไปตามฤดูกาลของดาวอังคาร สาเหตุที่มีผู้เชื่อว่ามีมนุษย์อาศัยอยู่บนดาวอังคาร เนื่องจากนักดาราศาสตร์ชาวอิตาลีชื่อ จิโอวานนี ชิอาพาเรลลี รายงานเมื่อ พ.ศ. 2420 ว่าเขาได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ส่งพบร่องที่เป็นเส้นตรงจำนวนมากบนพื้นผิว และเรียกเป็นภาษาอิตาลีว่า คานาลี (canale) ซึ่งมีความหมายตรงกับภาษาอังกฤษว่า channel (ช่องหรือทาง) แต่คนอังกฤษเอาไปแปลว่า canal (คลอง) อันเป็นสิ่งซึ่งต้องขุดสร้างขึ้น ผู้ขุดสร้างคลองบนดาวอังคารจึงต้องเป็นมนุษย์ดาวอังคาร เพื่อนำน้ำจากขั้วมายังบริเวณศูนย์สูตรสำหรับการเพาะปลูก จุดนี้เองที่นำไปสู่การเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ ที่ทำให้เชื่อว่ามีมนุษย์ดาวอังคาร ซึ่งจะเดินทางมาบุกโลก ผู้ที่สนับสนุกความคิดเรื่องมนุษย์ดาวอังคารสร้างคลองส่งน้ำเพื่อการเพาะปลูก คือ เปอร์ซิวัล โลเวลล์ นักดาราศาสตร์อเมริกันและเป็นสมาชิกของครอบครัวที่มั่งคั่งในรัฐแอริโซนา เขาได้ทำแผนที่แสดงคลองต่างๆ บนดาวอังคาร แต่ต่อมามีนักดาราศาสตร์ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ที่มีกำลังแยกภาพที่ดีกว่า ตรวจไม่พบคลองบนดาวอังคาร แต่ชาวบ้านทั่วไปยังฝังใจเชื่ออยู่ จนกระทั่งถึงยุคอวกาศจึงปรากฏชัดว่าไม่มีคลองบนดาวอังคารแน่นอน พื้นผิวดาวอังคารมีหลุมบ่อ หุบเหว ภูเขา และมีปล่องภูเขาไฟ มีร่องเหมือนเป็นทางน้ำไหลมาก่อน ดังจะได้กล่าวต่อไปในหัวข้อการสำรวจดาวอังคารโดยยานอวกาศ
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 ยานไวกิ้ง 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 ยานไวกิ้ง 2 ก็ลงในที่ราบทางเหนือชือที่ราบยูโทเปีย (Utopia) ยานทั้งสองมีแขนกลยื่นออกไปตักดินบนดาวอังคารมาวิเคราะห์ภายในยาน เพื่อค้นหาสิ่งมีชีวิต หรือซากของสิ่งมีชีวิต แต่การวิเคราะห์ไม่ยืนยันว่ามีหรือเคยมีสิ่งมีชีวิตบนดาวอังคาร ต่อจากยานไวกิ้งคือ ยานมาร์สพาธไฟเดอร์ ที่นำรถโซเจนเนอร์ไปด้วย ยานได้ลงบนพื้นผิวดาวอังคารเมื่อเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2540 ภาพที่น่าตื่นเต้นคือการติดตามรถคันเล็กๆ เคลื่อนที่สำรวจก้อนหินใกล้ฐานซึ่ง ต่อมาได้รับชื่อว่า ฐานเซแกน ภาพก้อนหินที่เรียงในทิศทางเดียวกันชี้ให้ เห็นว่าบนดาวอังคารเคยมีน้ำไหลมาก่อน ล่าสุดยานมาร์สโกลบอล เซอร์เวเยอร์ ซึ่งกำลังเคลื่อนรอบดาวอังคารได้ส่งภาพหุบเหวที่เป็นร่องลึกหรือที่เรียกว่า แคนยอน ซึ่งคดเคี้ยวไปมา ในอนาคตสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่น มีโครงการที่จะส่งยานอวกาศไปเก็บดินจากดาวอังคารกลับมาวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการบนโลก และอีกไม่นานมนุษย์จะเดินทางไปดาวอังคารเช่นเดียวกับการลงบนดวงจันทร์ เมื่อ พ.ศ. 2512
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 ยานไวกิ้ง 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 ยานไวกิ้ง 2 ก็ลงในที่ราบทางเหนือชือที่ราบยูโทเปีย (Utopia) ยานทั้งสองมีแขนกลยื่นออกไปตักดินบนดาวอังคารมาวิเคราะห์ภายในยาน เพื่อค้นหาสิ่งมีชีวิต หรือซากของสิ่งมีชีวิต แต่การวิเคราะห์ไม่ยืนยันว่ามีหรือเคยมีสิ่งมีชีวิตบนดาวอังคาร ต่อจากยานไวกิ้งคือ ยานมาร์สพาธไฟเดอร์ ที่นำรถโซเจนเนอร์ไปด้วย ยานได้ลงบนพื้นผิวดาวอังคารเมื่อเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2540 ภาพที่น่าตื่นเต้นคือการติดตามรถคันเล็กๆ เคลื่อนที่สำรวจก้อนหินใกล้ฐานซึ่ง ต่อมาได้รับชื่อว่า ฐานเซแกน ภาพก้อนหินที่เรียงในทิศทางเดียวกันชี้ให้ เห็นว่าบนดาวอังคารเคยมีน้ำไหลมาก่อน ล่าสุดยานมาร์สโกลบอล เซอร์เวเยอร์ ซึ่งกำลังเคลื่อนรอบดาวอังคารได้ส่งภาพหุบเหวที่เป็นร่องลึกหรือที่เรียกว่า แคนยอน ซึ่งคดเคี้ยวไปมา ในอนาคตสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่น มีโครงการที่จะส่งยานอวกาศไปเก็บดินจากดาวอังคารกลับมาวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการบนโลก และอีกไม่นานมนุษย์จะเดินทางไปดาวอังคารเช่นเดียวกับการลงบนดวงจันทร์ เมื่อ พ.ศ. 2512
