28 نوامبر 1964، ناسا مارینر 4 را به فضا پرتاب کرد تا اولین فضاپیمایی باشد که از مریخ عبور می‌کند.
مارینر 4 چهارمین سفینه از سری فضاپیماهایی بود که برای اکتشاف سیارات در نظر گرفته شده بود. این فضاپیما برای انجام مشاهدات علمی از نزدیک مریخ و انتقال این مشاهدات به زمین طراحی شد.
سایر اهداف مأموریت انجام اندازه‌گیری‌های میدانی و ذرات در فضای بین سیاره‌ای در مجاورت مریخ و ارائه تجربه و دانش در مورد قابلیت‌های مهندسی برای پروازهای بین سیاره‌ای طولانی مدت بود.
در ابتدا انتظار می‌رفت که فضاپیما هشت ماه در فضا بماند، اما این فضاپیما حدود سه سال در مدار خورشیدی گذراند.
تصاویر فضاپیما از یک سیاره مرده و دهانه‌دار تا حد زیادی دیدگاه جامعه علمی درباره حیات در مریخ را تغییر داد. کل داده‌های بازگردانده‌شده توسط مأموریت 5.2 میلیون بیت بود.
همه ابزارها به استثنای بخشی از محفظه یونیزاسیون، یعنی لوله گایگر-مولر، که در فوریه 1965 شکست، با موفقیت کار کردند.
تصاویر بازگردانده‌شده زمینی گودال ماه‌مانند را نشان می‌دهند، که دانشمندان انتظارش را نداشتند. اگرچه ستاره‌شناس آماتور «دونالد سیر»، دهانه‌ها را پیش‌بینی کرده بود مأموریت‌های بعدی نشان داد که دهانه‌ها برای مریخ معمولی نیستند، بلکه فقط برای منطقه باستانی‌تر تصویربرداری‌شده توسط Mariner 4 هستند.
هیچ میدان مغناطیسی یا کمربند تشعشع مریخی و آب سطحی در کمال تعجب شناسایی نشد. از عکس‌های مارینر 4 برای روشن‌کردن تاریخ زمین‌شناسی مریخ استفاده شد.
تصاویر دهانه‌ها و اندازه‌گیری‌های یک جو نازک - بسیار نازک‌تر از حد انتظار - که نشان‌دهنده یک سیاره نسبتاً غیرفعال است. به‌طور کلی امیدها برای یافتن حیات هوشمند در مریخ را از بین برد.
