2020年7月23日12时41分，中国长征五号遥四运载火箭在海南文昌发射中心发射升空、并成功进入预定轨道。天问一号火星探测器将在地火转移轨道飞行7个月后，到达火星附近，执行火星环绕、着陆和巡视的任务。
除了中国“天问一号”火星探测器，今年全球有三个国家向火星发射探测器。其中，阿联酋的“希望”号探测器已于7月20日率先发射升空，目前正在飞往火星的途中；美国“毅力”号火星车计划将于7月30日发射。如果错过了8月15日这个最后的窗口日期，就要继续等两年。
据官方透露，“天问一号”任务共有13种有效载荷。轨道器上的7台仪器包括两台相机、火星轨道次表层探测雷达、火星矿物学光谱仪、火星磁力仪、火星离子和中性粒子分析仪、火星高能粒子分析仪。火星车上的6台仪器包括多光谱相机、地形相机、火星次表层探测雷达、火星表面成分探测器、火星磁场探测器和火星气象监测仪。
这些有效载荷要完成以下五大科学目标：（1）绘制火星形态和地质结构图；（2）调查火星表面的土壤特征和水冰分布；（3）分析火星表面的物质组成；（4）测量电离层和火星地表气候及环境特征；（5）探索火星的物理场（电磁场、引力场）和内部结构。
火星是太阳系内与地球环境最接近的行星，有稀薄的大气层，表面封存有大量冷冻状态的水。火星的自转周期和地球非常接近，为24小时40分钟，也是倾斜着自转，且倾角与地球非常接近，因此也有四季交替现象。在未来，火星几乎是唯一存在移民可能性的行星。另外，火星还可能存在像微生物这种低等生命的可能性。这都是世界各国热衷探索火星的重要原因。
迄今为止，人类已尝试发射了45次火星探测。其中，美国21次，前苏联和俄罗斯共19次，日本1次，欧洲2次，印度1次，阿联酋1次。完全成功和部分成功共计23次（阿联酋的“希望”号探测器还在飞往火星的途中，先不做成功与否的统计）。
2016年，美国宇航局宣布，在火星乌托邦平原地区，发现有一个巨大的地下冰体，估计含水量相当于苏必利尔湖。乌托邦平原也是本次中国“天问一号”火星着巡器选择的着陆的地区。