นอกเหนือจากการสังเกตจากโลก ส่วนหนึ่งของข้อมูลใหม่ ๆ ของดาวอังคารได้มาจากยานสำรวจเจ็ดลำที่ยังอยู่ในระหว่างการปฏิบัติภารกิจทั้งบนและโคจรเหนือดาวอังคาร ประกอบด้วยยานในวงโคจรห้าลำและยานสำรวจภาคพื้นอีกสองลำ ได้แก่ 2001 มาร์สโอดิสซี [190] มาร์สเอ็กซ์เพรส มาร์สรีคอนเนสเซนซ์ออร์บิเตอร์ เมเว็น มาร์สออร์บิเตอร์มิชชัน ออปพอร์ทูนิตี และคิวริออซิตี

มีการส่งยานอวกาศไร้คนบังคับหลายสิบลำทั้งที่โคจรรอบ ยานส่วนลงจอด และยานสำรวจภาคพื้นไปยังดาวอังคารโดยสหภาพโซเวียต สหรัฐอเมริกา ยุโรป และ อินเดีย เพื่อศึกษาสภาพพื้นผิวของดาว ภูมิอากาศ และธรณีวิทยา สาธารณะชนทั่วไปสามารถขอดูรูปภาพดาวอังคารได้ผ่านทางโปรแกรมไฮวิช

ยานคิวริออซิตี จากภารกิจมาร์สไซแอนซ์แลบอราทอรีซึ่งส่งขึ้นสู่อวกาศเมื่อ 26 พฤศจิกายน 2011 และไปถึงดาวอังคารวันที่ 6 สิงหาคม 2012 ตามเวลาสากล มีขนาดใหญ่และล้ำหน้ามากยิ่งกว่ายานสำรวจภาคพื้นดาวอังคารรุ่นก่อน โดยสามารถเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว 90 เมตร (300 ฟุต) ต่อชั่วโมง[191] การทดลองประกอบด้วยการใช้เลเซอร์ทดสอบตัวอย่างเพื่อหาองค์ประกอบทางเคมี สามารถประเมินสรุปหินต่าง ๆ ที่พบว่ามีองค์ประกอบอย่างไรได้ที่ระยะห่าง 7 เมตร (23 ฟุต)[192] วันที่ 10 กุมภาพันธ์ 2013 ยานคิวริออซิตี ได้มีการเก็บตัวอย่างหินส่วนลึกซึ่งถือเป็นการเจาะศึกษาตัวอย่างหินบนดาวเคราะห์ดวงอื่นเป็นครั้งแรกโดยการเจาะด้วยสว่านบนยาน[193]

วันที่ 24 กันยายน 2014 ยานมาร์สออร์บิเตอร์มิชชัน (มงคลยาน หรือ เอ็มโอเอ็ม) ซึ่งส่งขึ้นสู่อวกาศโดยองค์การวิจัยอวกาศอินเดียได้เข้าสู่วงโคจรดาวอังคาร โครงการเริ่มส่งยานจากโลกเมื่อ 5 พฤศจิกายน 2013 โดยมีเป้าหมายเพื่อศึกษาวิเคราะห์บรรยากาศและลักษณะภูมิประเทศของดาวอังคาร ยานมาร์สออร์บิเตอร์มิชชันใช้วงโคจรส่งเฮาห์แมนน์เพื่อหลุดออกจากอิทธิพลโน้มถ่วงของโลก และเหวี่ยงไปสู่เส้นทางยาวไกลเก้าเดือนสู่ดาวอังคาร ภารกิจนี้เป็นภารกิจเดินทางสู่ดาวเคราะห์อื่นโดยเอเชียที่ประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรก[194]

องค์การอวกาศยุโรปโดยความร่วมมือกับรอสคอสมอสส่งเอ็กโซมาร์สเทรซแก๊สออร์บิเตอร์กับยานส่วนลงจอดสเกียปปาเรลลี เมื่อวันที่ 14 มีนาคม 2016[195] เทรซแก๊สออร์บิเตอร์เข้าวงโคจรของดาวอังคารได้สำเร็จเมื่อวันที่ 19 ตุลาคม 2016 ทว่า สเกียปปาเรลลี ชนระหว่างพยายามลงจอด[196]

ยานสำรวจภาคพื้นดิน อินไซต์ ของนาซาได้ลงจอดบนดาวอังคารเมื่อเดือนพฤษภาคม 2018 ร่วมกับคิวบ์แซตมาร์ซีโอ (Mars Cube One : MarCO) ซึ่งได้บินผ่านดาวอังคารและให้รีเลย์การวัดและส่งข้อมูลทางไกลสำหรับการลงจอด[197] นาซามีแผนปล่อยยานสำรวจชีวดาราศาสตร์ มาร์ส 2020 ในเดือนกรกฎาคมหรือสิงหาคม 2020[198]

อนาคต

องค์การอวกาศยุโรปจะปล่อยยานสำรวจเอ็กโซมาร์สและแพลตฟอร์มพื้นผิวในเดือนกรกฎาคม 2020[199]

ยานโคจรมาร์สโฮปของสหรัฐอาหรับเอมิเรตส์มีกำหนดการส่งในปี 2020 ซึ่งจะไปถึงวงโคจรของดาวอังคารในปี 2021 ยานจะทำการศึกษาบรรยากาศทั่วทั้งหมดของดาวอังคาร[200]

มีการเสนอแผนปฏิบัติการส่งมนุษย์สู่ดาวอังคารหลายต่อหลายครั้งตลอดคริสต์ศตวรรษที่ 20 จนย่างเข้าคริสต์ศตวรรษที่ 21 แต่ยังไม่มีแผนใดที่ดำเนินการจริงอย่างเร็วที่สุดก่อนคริสต์ทศวรรษ 2020 อีลอน มัสก์ ผู้ก่อตั้งสเปซเอ็กซ์ เสนอแผนในเดือนกันยายน 2016 อย่างมองโลกในแง่ดีว่าจะส่งนักท่องเที่ยวอวกาศไปดาวอังคารในปี 2024 โดยมีมูลค่าการพัฒนาที่ประเมินไว้ 10,000 ล้านดอลลาร์สหรัฐ[201] ในเดือนตุลาคม 2016 ประธานาธิบดี บารัก โอบามา รื้อฟื้นนโยบายของสหรัฐในการมุ่งเป้าหมายส่งมนุษย์ไปดาวอังคารในคริสต์ทศวรรษ 2030 และใช้สถานีอวกาศนานาชาติเป็นที่พัฒนาเทคโนโลยีเพื่อการนี้[202][203]