2011年11月9日，中国研制的首个火星探测器“萤火一号”同俄罗斯“福布斯-土壤”号探测器于哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场搭乘俄运载火箭发射升空 。然而由于搭载的俄罗斯“福布斯-土壤”火星探测器出现故障，“萤火一号”未能进入预定轨道，任务宣告失败。之后，随着中国大型运载火箭和深空探测网等瓶颈取得突破，中国规划自主发射火星探测器。
《2016中国的航天》白皮书明确提出：实施中国首次火星探测任务，突破火星环绕、着陆、巡视探测等关键技术。计划2020年发射首颗火星探测器，实施环绕和巡视联合探测。开展火星采样返回、小行星探测、木星系及行星穿越探测等的方案深化论证和关键技术攻关，适时启动工程实施，研究太阳系起源与演化、地外生命信息探寻等重大科学问题。
1.环绕器
环绕探测是火星探测的主要方式之一，也是行星探测开始阶段的首选方式。环绕器要完成的主要科学探测任务包括五大方面：火星大气电离层分析及行星际环境探测；火星表面和地下水冰的探测；火星土壤类型分布和结构探测；火星地形地貌特征及其变化探测；火星表面物质成分的调查和分析。
2.着陆器
天问一号环绕器进入环火轨道后，先开展约三个月的对地观测，特别是对预选着陆区进行详细勘测。之后携带火星车的着陆器将与环绕器分离，利用降落伞和反推火箭在火星表面着陆，并开展为期90个火星日（一个火星日约24小时39分35.2秒）的巡视探测任务。
“祝融号”火星车要完成的科学探测任务有：火星巡视区形貌和地质构造探测，火星巡视区土壤结构（剖面）探测和水冰探查，火星巡视区表面元素、矿物和岩石类型探查，以及火星巡视区大气物理特征与表面环境探测。
2021年12月20日，“天问一号”成功实现火星着陆入选中央广播电视总台发布2021年度国内十大科技新闻。
2022年2月28日，火星探测任务天问一号探测器成功着陆火星，入选2021年度中国科学十大进展。
2022年9月18日，天问一号火星探测任务团队获得国际宇航联合会（IAF）2022年度“世界航天奖”。
