La exploración de la Luna a través de sondas automáticas o naves tripuladas con el objetivo de sobrevolar, orbitar la Luna o bien alunizar en ella se inició en los últimos años de la década de 1950. Las misiones lunares se pueden dividir en dos grandes grupos: misiones lunares tripuladas y misiones lunares no tripuladas.
La antigua Unión Soviética fue la pionera al realizar misiones lunares no tripuladas entre 1959 y 1976, pero el Proyecto Apolo de los Estados Unidos fue el único que realizó misiones lunares tripuladas. Con posterioridad, Europa, Japón, China y la India han realizado misiones lunares no tripuladas todas con relativo éxito.
Actualmente hay varios proyectos en desarrollo por parte de varios países para volver a realizar misiones tripuladas a la Luna a partir de 2018.
La primera etapa de la exploración espacial de la Luna se sitúa en el contexto de la Carrera espacial soviético-estadounidense y se desarrolló a un ritmo notablemente elevado, con casi un centenar de lanzamientos (una parte importante de ellos, fracasados) en apenas dieciocho años. De esta primera etapa se pueden destacar varios hitos históricos, entre los que se encuentran las primeras fotografías de la cara oculta del satélite (Luna 3, 1959), el primer alunizaje de una sonda automática (Luna 9, 1966), el primer viaje de ida y vuelta orbital de seres vivos (Zond 5, septiembre de 1968), primer viaje de ida y vuelta orbital tripulado (Apolo 8, diciembre de 1968), el primer alunizaje de una nave tripulada (Apolo 11, 1969) y la primera sonda automática que aluniza y trae de vuelta a la Tierra muestras del suelo lunar (Luna 16, 1970), entre otras muchas. Esta etapa termina tras el lanzamiento de la sonda Luna 24 en 1976.
El interés por la Luna pasa a un segundo plano y durante trece años no se volverá a lanzar ningún ingenio en dirección a nuestro satélite, hasta 1990, cuando Japón inicia la etapa actual de exploración espacial de la Luna con su sonda Hiten. Esta segunda fase se desarrolla a un ritmo mucho más pausado, así frente a los noventa lanzamientos realizados entre 1958 y 1976, para un período de igual duración (entre 1990 y 2008) se habían realizado apenas siete lanzamientos. Se caracteriza también, entre otras cosas, por la mayor participación multinacional (China, Europa, India, etc).
Algunas sondas automáticas como la china Chang'e 2 orbitó la Luna en Octubre de 2010 y la rusa Luna-Glob, cuyo lanzamiento está previsto para 2012 y la hindú Chandrayaan-2 para 2013.
El Orbitador de Reconocimiento Lunar ( LRO ) de la NASA completó datos detallados sobre la topografía lunar, un mapa en 3D y toma de imágenes de alta resolución.
También las naves Artemis P1 y P2 y GRAIL orbitan cerca de la Luna tomando fotografías.