1988年前苏联发射以“火卫一”命名的福波斯探测器1号和2号。这是继1973年失败后，前苏联又一个火星探测计划。福波斯1号在飞往火星途中失踪。福波斯2号则在1989年3月27日探测器进入环绕火星轨道后不久与地球失去了通信联系。
福波斯2号最后发回地球的图像，竟是一个巨大的圆柱形“太空船”照片——一个估算有25公里长、直径1.5公里的雪茄状“母船”，它就悬浮在火星卫星“火卫一”的下方。自“福波斯2号”传回这张令人震惊的图像后，就和地球突然神秘地失去了联系。
九十年代
1992年9月25日，美国发射火星观察者号探测器。于1993年8月31日进入环绕火星轨道时，与地球失去了通信联系。
1996年11月7日，美国的火星全球勘测者探测器发射升空，于1997年9月11日进入绕火星运行轨道。这枚探测器持续运作了10年，最后在2006年11月5日失去讯号联络，成为迄今服役最长的火星探测器。它发回的信息量比之前升空的所有火星探测器的总和还要大，是最成功的火星探测任务之一。
1996年11月16日，俄罗斯发射了火星96探测器，探测器进入地球轨道后未能成功点火进入前往火星的轨道，不久后坠入太平洋而宣告失败。
1996年12月4日，美国发射火星探路者号探测器，于1997年07月04日在火星表面着陆。它携带的“索杰纳”号火星车，是人类送往火星的第一部火星车。它仅有微波炉大小。
1998年7月3日，日本发射希望号火星探测器，但因偏离轨道而失败。
1998年12月11日，美国发射火星气候探测器，在进入火星轨道的过程中失去联络，最终任务失败。
1999年1月3日，美国发射火星极地着陆者探测器，在进入火星大气层时失去联络而坠毁。搭载的两个微型探测器“深空2号”也一同损毁。
二十一世纪
2001年4月7日，美国发射”2001火星奥德赛号”探测器，于2001年10月23日到达火星轨道。发现火星表面可能有丰富的冰冻水。在勇气号、机遇号、凤凰号和好奇号登陆期间，“奥德赛”扮演了通信中继站的角色并工作至今。
2003年6月2日，欧洲发射“火星快车号”探测器，于2003年12月25日成功进入环绕火星轨道。搭载的“猎兔犬2号”着陆器在着陆过程中失去联络。
2003年美国实施“火星探测漫游者”计划，先后将勇气号(Spirit,MER-A)和机遇号(Opportunity,MER-B)两部火星车送往火星。勇气号于2003年6月10日发射升空，于2004年1月3日在火星表面成功着陆。在大幅超过原本设计3个月的任务时间后于2011年3月22日失去联络。
2011年5月25日，NASA在最后一次尝试联络后结束勇气号的任务。机遇号于2003年7月7日发射升空，于2004年1月25日成功着陆火星。大幅超出原本设计3个月的任务时间并工作至今。
2005年08月12日，美国成功发射火星侦察轨道器（火星勘测轨道飞行器），于2006年03月10日进入火星轨道，成为火星的第四个正在使用中的人造卫星（前三个是火星全球勘测者、2001火星奥德赛、火星快车）与第六个正在使用中的火星探测器（四个卫星加上两台火星车）。
2007年8月4日，美国成功发射凤凰号火星探测器，于2008年5月25日在火星北极成功着陆。2008年6月15日，“凤凰”号火星着陆探测器在着陆地点附近挖到的发亮物质是冰冻水，从而证实火星上的确存在水。
凤凰号还探测到来自火星云层的降雪，而且找到了火星上曾经存在液态水的最新证据。任务完成后，随着火星进入严冬，由于电量难以维持而失去联络。
2011年11月，俄罗斯发射福布斯－土壤号火星探测器，因主动推进装置未能点火而变轨失败。搭载的中国第一个火星探测器”萤火一号“也宣告失败。
2011年11月26日，美国好奇号火星探测器成功发射，并于2012年8月6日成功登陆火星。其搭载的好奇号火星车是一个汽车大小的火星遥控设备，也是第一辆采用核动力驱动的火星车，其使命是探寻火星上的生命元素。2013年9月，美国航天局“好奇”号火星车发现，火星表面土壤按重量算约2%是水分，只需将土壤稍稍加热，就可获得水，这是最令人激动的结果之一。
2013年11月5日，印度在该国东海岸的斯里赫里戈达岛(Shriharikota)航天发射场，发射印度首颗火星探测器“曼加里安号火星探测器”号。2014年9月24日，印度“曼加里安”号成功进入火星轨道。
2013年11月18日，美国“火星大气与挥发演化探测器“发射升空，于2014年9月22日成功进入火星轨道。“火星大气探测器”旨在调查火星的上层大气，帮助了解火星大气层的气体逃逸对火星气候与环境演变所产生的影响。
2020年3月，美国航天局宣布选中“毅力”一词作为下一代火星车“火星2020”的正式名称。此后，航天局又从候选词条中选出了火星直升机的名称“机智”号（Ingenuity）。
