借助航天器對月球進行探測研究的航太活動。月球是地球唯一的天然衛星，是當前人類探測與研究程度最高的地外天體。從1959年到1976年，蘇聯和美國開展瞭規模浩大的月球探測活動，先後發射瞭76個月球探測器，成功的有45個。其中，蘇聯發射的有“月球”號和“Zond”號2個系列共32個探測器，美國發射的有“先驅者”、“徘徊者”、“勘測者”、“月球軌道”和“阿波羅”載人登月5個系列共44個探測器。1969年7月16日美國發射瞭“阿波羅”11號飛船，20日宇航員N.阿姆斯特朗等登上月球，實現瞭人類登上月球的千年夙願（見圖）。這一時期在探測方式上從飛越月球、逼近月球、環繞月球、撞擊月球發展到在月面上軟著陸、月面巡視探測、載人登月采樣並返回地球。在探測目標上，從探測地–月空間環境、月球空間環境、月球大氣、月球表面環境，發展到在月球表面上直接進行巖石、土壤的就位分析和采集樣品並返回地球進行科學研究。從1976年到1994年是月球探測的低潮期，除日本於1990年發射的“飛天”號探測器曾飛越過月球並獲取瞭一些相關的數據外，人類沒有發射任何月球探測器。20世紀90年代後，隨著空間技術的發展與對月球認識的不斷加深，美國、俄羅斯、歐洲空間局、日本、中國和印度等國都相繼提出並開始實施瞭新的一輪月球探測計劃。美國於1994年發射“克萊門汀”號和1998年發射“月球勘探者”號環月探測器，2003年歐洲空間局發射瞭Smart–1月球探測器。
“阿波羅”11號的美國宇航員之一奧爾德林登上月球
月球的探測具有深遠的意義：①帶動和促進高科技與經濟的全面、快速發展；②促進基礎科學的創新與發展；③月球上特有的礦產和能源，可能是補充日漸枯竭的地球資源的新來源；④探測月球並使之成為人類探測與開發太空的中轉站；⑤月球是理想的對天觀測和對地監測站；⑥月球將成為天然的科學實驗室與特殊材料生產基地。
未來的月球探測將是人類深空探測的熱點，探測活動將朝著解決以下幾個問題發展：①月球能源、礦產資源的分佈與開發利用；②月球特殊空間環境資源（超高真空、無大氣活動、無磁場、地質構造穩定、弱重力、無污染）的開發利用；③月球基地位置的確定與建設。
中國月球探測工程一期(繞月)工程於2004年1月批準立項。2007年10月24日，第一顆月球探測衛星“嫦娥一號”發射成功。