前苏联的月球探测计划正式形成于1958年，这年1月底，苏联航天事业的开拓者谢尔盖·科罗廖夫等人在写给苏共中央的报告中提出了“月球研究计划”。这项计划得到了苏共中央第一书记赫鲁晓夫的批准。显然，在美苏空间竞争中，月球探测任务不仅能展现在赫鲁晓夫领导下苏联科学技术的强大，也能在冷战对抗中向美国施加更大的压力。
1959年1月2日，苏联在拜科努尔发射场用“月球号”火箭将“月球1号”探测器发射上天。
“月球1号”是一个球形体，直径约1米，质量约361千克。“月球1号”
被发射上天后，并没有经过停泊轨道，而是直接飞向月球，奔月速度达到11.17千米/秒。这也使它成为人类发射成功的第一个摆脱地球引力场的航天器。
当距离地球113000千米时，“月球1号”释放出金黄色钠气云（人造彗星），以便地面人员跟踪观察。第二天，“月球1号”没有按原计划撞击月球，而是在距月球5995千米处与月球擦肩而过。
在奔月过程中，“月球1号”探测器上的设备测量了月球的磁场、宇宙射线的强度及其变化，研究了太阳微粒辐射、星际气体成分和流星粒子，并拍摄了照片。“月球1号”探测器上的无线电设备工作60小时后停止向地面发送信息。
经过9个月的飞行，“月球1号”于9月26日进入日心轨道，成为第一颗人造行星。它围绕太阳公转，周期为450天。
从此，苏联开始了一系列以“月球号”命名的月球探测活动。
9个月之后的1959年9月12日，苏联又发射“月球2号”探测器。9月14日，“月球2号”在月球表面的澄海硬着陆，成为到达月球的第一位人类使者，首次实现了从地球到另一个天体的飞行。
所谓的硬着陆，简单地说就是撞击。“月球2号”探测器在下降过程中传回了图像，在碰撞的一刹那，飞行控制室里所有的人都欢呼地跳跃起来。
从外形上看，“月球2号”与“月球1号”很相似。
“月球2号”的探测结果表明，月球没有磁场，周围没有像地球的范艾伦带那样的辐射带。
苏联再接再厉，仅过半个多月，于1959年10月4日发射“月球3号”探测器。它的主要任务是揭开月球背面的神秘面纱。
由于月球的自转周期与它围绕地球公转的周期刚好一致，所以，月球总是以一面朝向地球，而另一面却从来没有被地球看到过。在“月球3号”到达月球之前，人类对月球在背面即月背一无所知。
“月球3号”与前两个探测器大不相同，比它们更重，并且设计十分巧妙。
圆柱形的外形，首次携带了两台焦距不同的照相机，使用了太阳能电池，并采用气体喷嘴控制姿态。
为了探测到月球的背面，苏联对“月球3号”的发射时间和飞行轨道作了精心安排，它没有直接快速飞向月球，而是在经过较长时间的飞行后缓慢地绕到月球背面，在距离月球6200千米处经过。当它绕过月球背面时，太阳恰好在“月球3号”后面，照亮远离地球一侧的月面，使“月球3号”可以拍摄人类不曾见到的月球背面图片。
在通过月球背面的40分钟时间内，“月球3号”上的两个光学相机拍摄了29张照片，其中17张照片底片在飞行途中完成自动冲印，然后通过电视扫描转换成电视信号传送回地面。尽管最后得到的照片分辨率很低，而且只覆盖了月球背面70%的区域，但却让人们看到了月球神秘的背面，展现了人类以前从未看到过的景象。
几天以后，苏联公开了历史性的月球背面的首张照片，引起了轰动。
这是首次从太空的视角向人们展现太空中的月球，并且是首次用太空探测器获得数据，标志着人类在月球探测中取得了里程碑式的成就。
从照片上看，月球背面主要是高地和山脉，有两个大面积的月海（洼地）。
在获得这些图像之后，苏联天文学家对月球背面的地貌进行了命名。
“月球3号“后来成为一颗地球卫星。
这3个月球探测器是苏联的第一代月球探测器，它们都不经过地球轨道，发射后直奔月球而去，目的是获得足够的速度和精度，保证探测器撞击月球或者从月球边缘掠过。
后来，苏联第一代月球探测器又进行了6次发射。用于分析月壤中铝、钙、硅、铁、镁、钛等元素的相对丰度。
“月球车1号”的设计寿命为90天，但后来它在降落地———月球的“雨海”地区游历了十个半月，共行驶了10540米，考察了80000平方米范围的月面，拍摄超过20000张的照片，在行车线的500个点上对月壤进行了物理力学特性分析，并对25个点的月壤进行了化学分析。此外，它还收集了大量月面辐射数据。后来，直至它携带的核能耗尽才停止工作。
美国的载人登月曾使苏联的无人探月活动相形见绌，但苏联连续发射两个月球探测器，并实现在月球上取样和释放月球车，又让美国的航天专家极为震惊。1971年7月26日，“阿波罗15号”飞船把美国第一辆月球车———“巡行者1号”带上月面。与“月球车1号”不同的是，这是一款有人驾驶型月球车。
辉煌过后的沉寂
随着“月球车1号”寿命的终结，苏联开始准备发射“月球18号”。1971年9月2日，“月球18号”被发射上天。9月7日，“月球18号”进入倾角35毅、100千米高的环月球的圆轨道。然后在环月轨道上飞行了2天，进行轨道调整。9月9日，“月球18号”制动发动机点火，开始大约5分钟的下降过程。
不幸的是，在“月球18号”按程序计算着陆的一瞬间，与地面失去了通信联系。后来证实，“月球18号”撞毁在3094N、560300E地形崎岖的地区。但“月球18号”还是传回一些科学数据。
苏联科学家根据这些数据确定月壤表面的密度为（0.8依1.5）克/厘米3。
在“月球18号”撞毁的第17天，即1971年9月28日，苏联又用“质子号”火箭将“月球19号”发射上天。9月29日和10月1日进行轨道修正后，10月3日进入了倾角40毅、轨道高度140千米的圆轨道，此后又变轨到135千米伊127千米轨道，然后再通过变轨进入385千米伊77千米的轨道，成为第一个绕月飞行的重型卫星。
“月球19号”重达5900千克，携带了多种科学装置，进行多项科学实验，主要任务是探测月球表面的地貌、月壤的化学组成及物理性质、月球对地球磁场圈的扰动、月球重力场的形态与强度等。
大约在1972年10月3日至20日，“月球19号”在环月飞行4000圈、运行一年后，结束了任务。
后来，苏联又进行几次月球探测器的发射活动，将“月球20号”至“月球24号”送去月球。
1972年2月14日，发射“月球20号”，其目的是完成“月球18号”未尽的任务，从月球上取回样品。2月21日，“月球20号”安全着陆在3032N、56033E的月面上，距离“月球18号”撞毁处约1.8千米，距离“月球16号”
着陆处120千米。
“月球20号”在月球表面一直停留到2月23日，钻取样品重量约为50—100克，钻取深度为33厘米，可能是钻头遇到了坚硬的月岩，没有按计划取回足够的样品。2月25日，“月球20号”返回舱在苏联本土着陆。
1973年1月8日，苏联发射“月球21号”，把“月球车2号”送上月面的澄海地区进行考察。“月球21号”的任务与“月球17号”相似，但它携带的“月球车2号”却有了一些改进。“月球车2号”重840千克，在4个月的时间里漫游了37千米，发回88张月面全景图，并用车载的X射线分光计对月球土壤进行了化学分析。
苏联的最后一个月球号探测器“月球24号”于1976年8月9日发射，8月18日在月面危海软着陆，钻采并带回170克月岩样品。
至此，前苏联对月球的无人探测宣告结束。
飞行试验前仆后继
“阿波罗1号”的事故，使美国的登月计划停顿了差不多一年的时间，直到1967年11月，才又恢复“阿波罗飞船”的发射。
这一次发射的是“阿波罗4号”。
前面说过，“阿波罗11号”是追加给“阿波罗—土星204飞船”（AS—204）的正式名称，它本来应该在1966年发射的，但错过了发射时间。那一年里，美国成功发射了两艘“阿波罗—土星飞船”（AS—203和AS—202），即实际上已经有了三艘“阿波罗飞船”发射。所以，这一次恢复发射，便把飞船命名为“阿波罗4号”。但美国人并没有将两艘已经发射上天的飞船正式命名为“阿波罗2号”和“阿波罗3号”，所以，实际上并没有“阿波罗2号”和“阿波罗3号”。
1967年11月9日12时（UTC，世界协调时间，过去曾用格林尼治平均时GMT来表示，比北京时间晚8个小时）在卡纳维尔角的肯尼迪航天中心39A发射台上，“土星5号”SA—501将“阿波罗4号”发射上天。这是“土星5号”
运载火箭的首次发射。
“阿波罗4号”飞船和火箭上共搭载了4098件测量仪器。
“阿波罗1号”发生大火时，其运载火箭“土星1B号”并没有受到波及。
后来，它被从34号发射台上拆下，在37B号发射台上重新组装，用作发射“阿波罗5号”登月舱，作首次登月舱测试任务。
“阿波罗5号”的发射时间是1968年1月22日，这一次，它搭载了登月舱，这是登月舱首次被发射。
“阿波罗5号”的任务是在太空中测试登月舱和新引擎的功能，证明该引擎有能力单独起飞和降落。这个引擎将成为第一架能够在太空发射的火箭发动机。
“阿波罗5号”环绕地球飞行了7.5圈、飞行了11小时10分钟，于第二天返回地球。
接着，“阿波罗6号”（AS—502）又于1968年4月4日12时（UTC）在卡纳维尔角发射上天，同样又是一次三舱一起的环绕地球的试验飞行，飞船在环绕轨道3圈后降落。这次发射没有引起公众太多的注意，因为在发射的那天，马丁·路德·金被枪杀于田纳两州孟菲斯城。而在发射的5天前，约翰逊总统宣布，他将不再寻求连任，这一连串的事件更引起美国公众的注意。
但接下来的“阿波罗7号”飞行却引起了世界的关注，因为这是“阿波罗计划”中第一次载人飞行任务，而且，美国还为这次飞行首次进行了太空船电视直播。
“阿波罗7号”的发射时间是1968年10月11日15时（UTC），发射地点是肯尼迪航天中心新的34号发射台。飞船载有三名宇航员，他们分别是指令长瓦尔特·施艾拉、指令舱驾驶员唐·埃斯利、登月舱驾驶员瓦尔特·康尼翰。
这个团队也是灾难性的“阿波罗1号”的替补团队。这是美国的第一次3人太空任务。
飞船在297千米伊231千米、轨道倾角为31.63毅的椭圆形轨道上飞行了10天多，于1968年10月22日11时11分在百慕大西南约370千米的大西洋海面降落。
本次任务也是“土星1B号”运载火箭的首次载人发射。
三位宇航员在“阿波罗7号”上进行了各种试验，其中最重要的试验是将已脱离的仍在空间运行的火箭的第二级，当做假想的月球，试着向其靠近，以模仿登月时必需的停靠动作。
“阿波罗7号”在硬件上已经有了很大的改进，但11平方米的狭小空间的太空生活还是使几位宇航员很不舒服，3人都得了感冒。但这次任务证明了阿波罗航天器有在太空中完成任务的能力。“阿波罗7号”的成功重新使美国国家航空航天局对载人航天事业以及在1970年之前登月恢复了信心。
酝酿了10年的探月计划
“探月计划到今天，整整酝酿了10年。”“嫦娥之父”欧阳自远院士介绍说，1994年我国就提出了真正意义上的探月构想，此后的10年主要是在进行论证过程，而且是“那种反反复复地论证”。
2000年10月首届“世界空间周”在北京召开，在庆祝大会上，国防科工委副主任、原国家航天局局长栾恩杰作了题为“面向21世纪的中国航天”专题发言。“我国将在无人实验飞船成功飞行的基础上，实现载人航天飞行。在空间探测方面，将实现月球探测，并积极参与国际火星探测活动，使我国的空间探测技术上升到一个更高的水平。”这是中国高层首次公开表明探月的决心。
2000年11月22日，我国政府首次公布了航天白皮书———《中国的航天》，该书所列近期发展目标中包括“开展以月球探测为主的深空探测的预先研究”。
2001年，由欧阳自远院士牵头制订的“发射绕月卫星”第一期科学目标和有效载荷配置通过国家评审。2001—2002年，孙家栋院士又组织全国各方面力量，对该目标又进行了为期一年的综合论证，最后得出的结论是目标科学明确、先进，技术能够实现，没有颠覆性的技术问题。在中国自主研发的100多个航天器中，孙家栋担任主要负责人的就有34个，2009年，孙家栋院士获得国家最高科学技术奖。
为了千年的飞天梦：嫦娥工程
绕月探测工程是一个国家综合实力的体现。2004年1月23日国务院正式批准探月工程立项，中国正式开展月球探测工程，并命名为“嫦娥工程”。这是我国自主对月球的探索和观察。整个工程分为“绕、落、回”三个阶段。
一期工程：“嫦娥一号”绕月
北京时间2007年10月24日18时05分，我国成功发射“嫦娥一号”。这是我国自主研制的第一颗绕月卫星。
“嫦娥一号”有四大任务：一是做月球的三维立体地图。二是探测月球资源，月球矿产资源所包含的元素、成分、分布等对研究月球的起源和演化有非常重要的意义。美国已经做了5种元素分析，“嫦娥一号”力争做得更多。三是探测全月球月壤层的厚度以及3氦的资源量和分布。3氦在地球上的资源严重匮乏，而月球上几乎取之不尽、用之不竭，它是可控核聚变的第二代燃料，有利于今后人类大量和平利用核能。国际上都非常关注，美国和欧洲也在考虑做。
四是探测日—地—月空间的环境，这是我国第一次探测距离地球40万千米范围内的空间环境。
在“嫦娥一号”的整个研发过程中，我国的科研团队突破了很多技术难关，取得了很多创新。首先是变轨方案的设计：轨道的被设计为到5.1万千米变一次，12万千米变一次，在38万千米时进入月球轨道，在离月球表面200千米的高空“刹车”，运行速度降下来，直到速度递减到合适空间。这样的设计集中了很多人的智慧和心血，经过无数次讨论形成的，是集体智慧的结晶，也是这次发射研究中的大亮点。
“嫦娥一号”到了月球上空，必须同时实现“三定向”：太阳帆板对日定向（主要目的是采集卫星需要的太阳能）；仪器对月定向（便于探测研究）；通信对地定向（以便传回数据）。对月定向，是一个全新的课题，科学家研制出的紫外线敏感器成功解决了该问题。除中国外，目前仅少数国家掌握这一技术。