水手2号其实是水手1号金星探测器的备份机，在后者发射失败后于1962年8月27日升空。同年12月14日，水手2号在经历了姿态控制系统与太阳能电池板的种种故障之后，终于从不到3.5万千米之外飞掠金星；翌年1月3日探测器停止数据传输，自此之后一直停留在环绕太阳的椭圆轨道上（见图）。

水手2号金星探测器艺术图

水手2号携带了微波和红外辐射计、磁力计、星际尘埃探测器、等离子体和高能粒子探测器以及电离室等设备。与后世的行星探测器不同，水手2号的载荷均不具备成像能力。

在为时42分钟的金星飞掠期间，水手2号获取了关于金星大气和磁场的关键信息，说明金星上的温度超过了400℃，且各个区域不存在明显的温差；同时金星磁场强度极弱，甚至在探测器的位置上感知不到磁场的存在。这架探测器发现了金星的高空云层，测得了金星大气中的高压，还在飞行途中测量了行星际介质的性质。虽然水手2号受限于载荷，并未传回有关金星的影像资料，而且短暂的飞掠期间采集的数据也较为有限，但它却开启了太阳系空间探测的篇章。