人类已经对月球开展了飞越、环绕、着陆、巡视、采样返回和载人登月等多种形式的探测活动，科学目标集中在月球科学综合研究、月基平台科学观测等方面。从1959年起美国、苏联两国就开始发射探测器对月球探测。自1959年1月至1976年8月，发射60多个月球探测器和登月载人飞船。对月球探测的方式有：①在月球近旁飞过或在其表面硬着陆，利用这个过程的短暂时间探测月球周围环境和拍摄月球照片。1959年1月苏联发射了第一个月球探测器“月球”1号，对月球进行了飞越探测；1959年9月12日，苏联发射了“月球”2号，首次实现月球硬着陆。②以月球卫星的方式取得信息，这种方式能有较长的探测时间并能获取较全面资料。1966年3月31日，苏联的“月球”10号探测器成功发射入轨，并最终环绕月球运行，是人类首个月球轨道器。③在月球表面软着陆并开展巡视探测，对月面地形地貌、成分、地质构造等进行详细勘查。1966年1月31日，苏联发射了“月球”9号探测器，这是第一个在月球表面软着陆的月球探测器。该探测器发回月球局部地区的第一批照片，测定了月球表面的辐射量。1970年11月10日，苏联发射了“月球”17号探测器，将世界上第一个无人驾驶的月球巡视器“月球车”1号送上月球，行驶了10.5千米，考察了8万米2的月面。④载人航天器软着陆后取得样品返回地球进行实验室分析。美国“阿波罗”11号飞船航天员在月面安置了激光测距反射器、宇宙线探测器、太阳风收集器、月震仪等仪器，带回了月面岩石样品和照片。“阿波罗”号飞船航天员在月球上一共停留近280小时，足迹达100千米，带回月球岩石样品约440千克，这些样品受到20多个国家的1000多位专家，其中包括中国科技工作者的分析研究。⑤不载人航天器软着陆后取得样品返回地球进行实验室分析。苏联发射了“月球”16、20和24号探测器，从月球取回了样品。这些探测器所取得的大量资料大大充实了人们对月球的认识。

20世纪90年代开始，人类又相继发射了十几个月球探测器。1990年1月，日本发射“飞天”号探测器，成为第三个向月球发射探测器的国家。2003年9月27日，欧洲航天局发射了“小型先进技术研究任务”1号探测器，标志着欧洲探月活动的开启。2007年10月24日，中国发射了“嫦娥”1号探测器，实现了中国首次绕月探测；2010年10月1日，发射“嫦娥”2号探测器，获得7米分辨率全月图，并首次实现4179小行星飞越探测；2013年12月2日发射“嫦娥”3号探测器，实现月面软着陆与巡视；2014年10月24日，发射“嫦娥”5号飞行试验器，有效验证返回再入气动与防热、跳跃式返回再入GNC、返回器回收着陆等关键技术。

2018年5月21日，中国发射“嫦娥”4号中继星，同年12月8日发射“嫦娥”4号探测器，实现人类首次月球背面软着陆。截至21世纪20年代，中国已发射6个月球探测器，采用环绕、软着陆等方式对月球进行探测（见“嫦娥”号探测器）。截至2019年9月，世界上共有7个国家或组织发射过月球探测器，包括美国、俄罗斯、中国、欧洲航天局、印度、日本和以色列。美国、俄罗斯和中国成功实现了月面软着陆，印度和以色列的月面软着陆探测任务均告失败。2019年2月21日，以色列的创世纪月球着陆器发射升空，4月11日在着陆月面前出现故障并最终坠毁；2019年7月22日，印度发射“月船”2号探测器，9月7日着陆器在实施着陆过程中失联。