Nazwę planecie nadali Rzymianie na cześć boga wojny Marsa. Pozorną zmianę kierunku jej ruchu na tle gwiazd wyjaśnił Mikołaj Kopernik, konstruując heliocentryczny model Układu Słonecznego. Pierwsze, proste teleskopy astronomowie wycelowali w Marsa na początku XVII w.
W XIX wieku włoski astronom Giovanni Schiaparelli sporządził pierwsze mapy Marsa – zainteresowały go dostrzeżone na powierzchni linie proste. Zinterpretował je jako rowy, które były złudzeniem optycznym wywołanym niedoskonałością teleskopu. Złudzenie to wywołało jednak lawinę teorii, szkice Schiaparellego stały się podstawą domysłów o życiu na Marsie.
W 1894 r. amerykański miliarder i astronom amator Percival Lowell sfinansował budowę wielkiego teleskopu, za pomocą którego, jak mu się wydawało, dostrzegł kanały doprowadzające wodę z terenów biegunowych na pozostałe obszary Marsa. W pierwszych dekadach XX wieku świat fascynował się osiągnięciem cywilizacyjnym, jakim była budowa Kanału Panamskiego, dlatego kanały na Marsie uznano za przejaw rozwiniętej cywilizacji. Wykorzystał to Orson Welles, emitując w USA w 1938 roku, podczas Halloween, słuchowisko o ataku marsjańskiej cywilizacji na Ziemię. Tysiące ludzi uwierzyło, zapanowała panika.
Pierwszą sondę w kierunku Marsa wysłał, bez powodzenia, ZSRR w 1960 roku. Cztery następne próby sowieckie i jedna amerykańska zakończyły się niepowodzeniem. Dopiero 28 listopada 1964 r. wystartował amerykański Mariner 4, a dwa dni później sowiecki Zond 2 – ale jego baterie słoneczne nie rozłożyły się, nie dokonano korekcji trajektorii, i jedynie amerykańska sonda zrobiła 21 pierwszych zdjęć Marsa. Przedstawiały krajobraz z kraterami, pustynny, podobny do księżycowego. Mariner 4 nie wszedł na orbitę Czerwonej Planety, jedynie raz przeleciał obok niej.
Na orbitę pierwsza weszła sonda Mariner 9 w 1972 roku, która przekazała obrazy marsjańskiego krajobrazu, m.in. Olympus Mons – wygasły wulkan, najwyższy szczyt w Układzie Słonecznym, wysokości 20 km. W 1976 roku do Marsa dotarła amerykańska misja Wiking – lądownik analizował glebę, ale nie znalazł bakterii, drobnoustrojów ani żadnych śladów życia, a w 2001 roku – sonda Mars Odyssey. Kolejnym ważnym etapem było wysłanie w 2003 roku łazików Spirit i Opportunity. W 2007 NASA rozpoczęła misję Phoenix, która stwierdziła obecność zamarzniętej wody w pobliżu północnego bieguna.
