任务是测量火星表面物质的化学成分、分析火星大气的活动和构成，绘制火星磁场和大气图。“火星观测者”号探测器于1992年9月25日由“大力神”运载火箭在范登堡空军基地发射。探测器质量2573千克，携带相机、热发射分光计、压力调节红外辐射计、激光测高计、磁力计/电子反射计、伽马射线光谱仪、无线电探测仪等载荷设备，其运行轨道设计为378千米/350千米的火星极轨轨道。

“火星观测者”号探测器在经过为期11个月的长达7.25亿千米的旅途后进入火星轨道，比原计划提前了2天。1993年8月22日，探测器与地面突然中断联系，5天后任务宣布失败。“火星观测者”号探测器为后续火星探测任务提供了行星际巡航阶段的数据，为其研制的科学仪表成功的用于后来发射的“火星全球勘测者”号探测器、“火星奥德赛”号探测器等。