當20世紀50年代天文學家開始將探測器送入太空時，火星就成為第一個受人關注的目標，因為有許多人認為那裏也許有生命存在。1960年，蘇聯發射了第一個飛往火星的空間探測器，但是最終它未能脱離地球的軌道。隨後，美國國家航空和宇航局啓動了“水手”太空探測計劃，成為火星探測的領導者。
最先成功到達火星的探測器是水手4號，它於1964年11月發射，1967年7月飛經火星。這個探測器到達距離火星表面不到9600千米的上空，使天文學家第一次仔細地觀看了這顆行星。水手4號發回21張佈滿坑穴的火星南半球的照片，並且發現了火星沒有像地球那樣強大的磁場，以及濃厚的大氣。
4年後，水手6號和7號到達火星。這兩個探測器更為精密----它們對火星大氣和極光的化學成分進行分析，近距離拍攝了火星表面照片。儘管這次探測很成功，但卻令許多人大失所望。探測器拍到了一個與月亮更為相像而與地球截然不同的世界。稀薄的空氣令人窒息，極光中幾乎全是凍結的二氧化碳而不是水冰。
水手4號，6號和7號探測器只是從火星一旁經過。當它們飛過火星時，只有幾個小時的拍攝時間，後來的水手9號探測器，才正式進入火星軌道，開始了對火星長達數月的拍照。
水手9號於1971年5月發射，當時是火星接近地球的最佳有利時機。然而，當它與11月到達火星時，整個星球被沙塵所覆蓋，隨着視線逐漸清晰，水手9號開始發回第一時段的照片。
按照設計，這個探測器應該工作3個月，可是由於操作得當，它工作了將近一年，最後，探測器的燃料耗盡，受到火星的引力控制，翻滾着墜落到了火星。