20世纪50年代末，苏联和美国开始了深空探测计划，20世纪后期欧洲、日本和印度也都在开展深空探测活动。1994年，中国航天界进行探月活动必要性和可行性的研究，1996年完成了探月卫星的技术方案研究，1998年完成了关键技术研究。中国月球探测工程于2004年1月正式立项，被称作“嫦娥工程”。该工程包括3个阶段：绕、落、回。

“嫦娥一号”有效载荷研制测试由中国科学院空间科学与应用研究中心负责，探测器本体由中国空间技术研究院研制。“嫦娥一号”质量2350千克，搭载的科学探测仪器和科学实验设备的有效载荷包括微波探测仪分系统、空间环境探测分系统、有效载荷数据管理分系统。2007年10月24日18时05分，“嫦娥一号”成功发射，11月7日“嫦娥一号”进入环绕工作轨道，11月20日开始传回探测数据，经过处理制作完成第一幅月面图像。到2008年11月7日，“嫦娥一号”在月球轨道成功运行一周年，实现了“嫦娥工程”提出的“精确变轨，成功绕月，有效探测，寿命一年”的预定目标。2008年11月12日，根据“嫦娥一号”获取的数据制作完成的“中国第一幅全月球影像图”正式亮相。“嫦娥一号”在轨飞行试验期间，完成了许多重大的科学任务，包括全月面图拍摄、月球表面元素分布、月壤厚度测量、氦-3资源量和分布特征评估等。2009年3月1日16时，“嫦娥一号”受控准确落于月球丰富海区域。

2010年10月1日19时许，“嫦娥二号”探测器发射。该探测器包括13个分系统，携带166千克载荷。10月6—9日，“嫦娥二号”卫星共实施了3次近月制动和 1次轨道平面机动，轨道近月高度约100公里。“嫦娥二号”在绕月飞行初期，实施了月球背面降轨控制并获取虹湾区高分辨率图像，完成了既定的各项技术试验验证任务。2011年6月9日，“嫦娥二号”飞离月球，飞往日-地拉格朗日L2点。2011年8月，“嫦娥二号”成功到达日-地拉格朗日L2点，开始进行科学探测。2012年4月，“嫦娥二号”成功绕飞日-地拉格朗日L2点，开展了10个月的科学探测，填补了中国对地球远磁尾区域的离子能谱、太阳耀斑爆发和宇宙伽马爆的科学探测的空白。2011年12月15日，“嫦娥二号”飞抵距地球约700万公里远的深空。在后续飞行时，先后创造距离地球2000万公里、5000万公里和1亿公里的中国探测器新纪录。

“嫦娥三号”的任务是在月球实现软着陆，由月球软着陆探测器和月面巡视探测器（“玉兔号”月球车）组成。2013年12月2日，“嫦娥三号”发射升空，并于14日成功软着陆于月球雨海西北部，15日完成着陆器与巡视器分离，并陆续开展月球科学探测和其他预定任务。其工程目标除了首次实现月面软着陆外，还将开展一系列科学探测任务，包括首次运行月球车。12月15日，“嫦娥三号”着陆器与“玉兔号”月球车分离，“玉兔号”顺利驶抵月球表面。“玉兔号”围绕“嫦娥三号”旋转拍照，并传回照片。探测器与“玉兔号”在月面多次入眠与唤醒，实现了着陆器月面安全工作一年的预定工程目标。2016年4月，“嫦娥三号”拍摄的月面高分辨率全彩色照片首次公布，给全世界科学家研究月球提供了第一手资料。

“嫦娥四号”于2018年12月8日发射，并于2019年1月3日成功登陆月球背面，这是世界上第一个在月球背面软着陆的月球探测器，具有重要意义。2019年1月11日，“嫦娥四号”着陆器与“玉兔二号”月球车正常工作，在“鹊桥号”中继卫星支持下顺利完成互拍，地面接收图像清晰完好。探测器上搭载的中外科学载荷工作正常，搭载科学实验项目顺利开展，达到工程既定目标。1月15日，“嫦娥四号”完成人类首次月面生物实验。着陆器和“玉兔二号”月球车经过多次休眠和自主唤醒，开展了大量拍摄、观察和研究任务。2019年2月15日，中国国家航天局和国际天文学联合会联合发布“嫦娥四号”月球地理实体命名，将“嫦娥四号”着陆点命名为“天河基地”，将着陆点周围3个小环形山分别命名为“织女”、“河鼓”和“天津”，将着陆点所在冯卡门环形山的中央峰命名为“泰山”。“嫦娥”系列4个探测器获得的成功，预示着“嫦娥五号”月球采样探测器的发射已经为期不远。