ดาวอังคารไกลจากดวงอาทิตย์ด้วยระยะทางเฉลี่ย 230 ล้านกิโลเมตรโดยประมาณ (1.5 หน่วยดาราศาสตร์) และมีคาบการโคจรเท่ากับ 687 วันของโลก หนึ่งวันสุริยะบนดาวอังคารยาวกว่าหนึ่งวันของโลกเพียงเล็กน้อยคือเท่ากับ 24 ชั่วโมง 39 นาที 35.244 วินาที หนึ่งปีของดาวอังคารเท่ากับ 1.8809 ปีของโลก หรือ 1 ปี 320 วัน กับอีก 18.2 ชั่วโมง[6]

ดาวอังคารมีความเอียงของแกนเท่ากับ 25.19 องศา สัมพัทธ์กับระนาบการโคจรซึ่งคล้ายคลึงกับความเอียงของแกนโลก[6] เป็นผลให้ดาวอังคารมีฤดูกาลคล้ายโลกแม้ว่าแต่ละฤดูบนดาวอังคารจะยาวเกือบสองเท่าเพราะคาบการโคจรที่ยาวนานกว่า ณ ปัจจุบัน ขั้วเหนือของดาวอังคารมีการวางตัวชี้ไปใกล้กับดาวฤกษ์เดเนบ[11] ดาวอังคารผ่านจุดไกลดวงอาทิตย์ที่สุดในเดือนกุมภาพันธ์ 2012[165][166] ผ่านจุดใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดในเดือนมกราคม 2013[165] จุดไกลดวงอาทิตย์ที่สุดถัดไปคือมกราคม 2014[165] และจุดใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดถัดไปคือธันวาคมปีเดียวกัน[165]

ดาวอังคารมีความเยื้องศูนย์กลางของวงโคจรค่อนข้างเด่นชัดที่ประมาณ 0.09 เมื่อเทียบกับดาวเคราะห์อื่นอีกเจ็ดดวงในระบบสุริยะแล้ว มีเพียงดาวพุธเท่านั้นที่มีความเยื้องศูนย์กลางของวงโคจรมากกว่า เป็นที่ทราบว่าในอดีตดาวอังคารมีวงโคจรที่กลมมากกว่าในปัจจุบันมาก ที่ขณะหนึ่งเมื่อ 1.35 ล้านปีก่อน ดาวอังคารมีความเยื้องศูนย์กลางที่ราว 0.002 ซึ่งน้อยยิ่งกว่าโลกในตอนนี้[167] วัฏจักรความเยื้องศูนย์กลางของดาวอังคารอยู่ที่ 96,000 ปีโลก เทียบกับโลกที่วัฏจักรเดียวกันอยู่ที่ 100,000 ปี[168] ดาวอังคารยังมีวัฏจักรความเยื้องศูนย์กลางอีกแบบหนึ่งที่กินเวลายาวนานกว่านี้ด้วยคาบราว 2.2 ล้านปีโลก ซึ่งมีความสำคัญบดบังกราฟวัฏจักร 96,000 ปี นับจาก 35,000 ปีที่ผ่านมา วงโคจรของดาวอังคารมีความเยื้องศูนย์กลางเพิ่มขึ้นทีละน้อยเพราะผลกระทบเชิงโน้มถ่วงจากดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ ระยะที่ใกล้ที่สุดระหว่างโลกและดาวอังคารจะลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปต่อเนื่องตลอดระยะเวลา 25,000 ปีข้างหน้า[169]