月球轨道飞行器计划的主要目的是在阿波罗登月之前对月球开展考察和测绘，同时通过飞行路径确定月球引力场形态，并测量月球周边的辐射和流星体情况，为随后开展的载人登月做必要的准备。

月球轨道飞行器艺术图

5架月球轨道飞行器都成功进入了环绕月球飞行的轨道，并完成了预定的勘察任务，最终它们传回的超过1600张图像以至少60米的分辨率（至少相当于最佳地面数据的10倍）完成了对月面99%区域的覆盖。为了保证图像分辨率，这一系列的探测器对月球的拍摄任务都是通过胶片而非电视摄像机完成的，其搭载的相机系统本身还包括了胶片的冲洗和扫描设备，这样的配置在空间探测史乃至航天史上都并不多见。

前3架月球轨道飞行器都在低倾角轨道上运行，主要用于详细拍摄阿波罗计划的20个候选登月点，这些地点是基于地面观测的结果选择而出的。同时，它们还要为同期进行的探测者号任务勘探并选择着陆点。月球轨道飞行器4号和5号则在近似极轨道上运行，它们完成了对月球背面的测绘，还开展了更多针对月球及周边环境的科学考察。