2004年，中国正式开展月球探测工程，并命名为“嫦娥工程”。嫦娥工程分为“无人月球探测”“载人登月”和“建立月球基地”三个阶段。工程目标：1、获取月球表面三维影像。划分月球表面的基本地貌构造单元，初步编制月球地质与构造纲要图，为后续优选软着陆提供参考依据。2、分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点。对月球表面有用元素进行探测，初步编制各元素的月面分布图。3、探测月壤特性。探测并评估月球表面月壤层的厚度、月壤中氦-3的资源量。4、探测地月空间环境。记录原始太阳风数据，研究太阳活动对地月空间环境的影响。

第一步为“绕”，即发射我国第一颗月球探测卫星，突破至地外天体的飞行技术，实现月球探测卫星绕月飞行。

嫦娥一号是中国的首颗绕月人造卫星，由中国空间技术研究院承担研制。嫦娥一号平台以中国已成熟的东方红三号卫星平台为基础进行研制，并充分继承“中国资源二号卫星”、“中巴地球资源卫星”等卫星的现有成熟技术和产品，进行适应性改造。北京时间2007年10月24日18时05分（UTC+8时）左右，嫦娥一号探测器从西昌卫星发射中心由长征三号甲运载火箭成功发射。卫星发射后，将用8天至9天时间完成调相轨道段、地月转移轨道段和环月轨道段飞行。经过8次变轨后，于11月7日正式进入工作轨道。11月18日卫星转为对月定向姿态，11月20日开始传回探测数据。

通过对“嫦娥一号”探测数据的分析研究，主要取得了五方面的科研成果: 第一，我们获得了具有国际先进水平的全月球影像图; 第二，我们获得了精度和分辨率最高的全月球数字高程模型（ＤＥＭ）和三维月球地形图; 　第三，我们获得了重要元素的全月球和局部区域的含量分布数据;第四，我们获得了月表微波辐射亮温数据的全月球分布数据，得到全球亮温图; 第五，我们获得了独特的近月空间高能粒子和太阳风离子数据。到目前为止，中国首幅月球区域地质图由中国地质科学院全面编制完成；全球首幅月球典型区域构造图由中国地质大学（北京）编制完成，并建立了探月数据库、开发三维数据库管理系统。

嫦娥二号于2010年10月1日18时59分57秒发射。这是嫦娥一号卫星的姐妹星，由长征三号丙火箭发射。卫星直接进入奔月轨道，经过一次轨道中途修正与三次近月制动后，于10月9日顺利进入轨道高度为100千米、周期约118分钟的极轨圆形环月工作轨道。经过了十天的星地数传链路和卫星载荷在轨测试工作，10月24日00时54分18秒“嫦娥二号”卫星搭载的两线阵CCD立体相机开机工作获取图像。由于嫦娥二号的主要任务是要获得更清晰更详细的月球表面影象数据和月球极区表面数据，因此卫星上搭载的CCD照相机的分辨率将更高，达到十米左右，其它探测设备也将有所改进，所探测到的有关月球的数据将更加翔实。

嫦娥二号带了CCD 立体相机、伽玛谱仪、太阳风离子探测器、高能粒子探测器等7 种科学载荷，获取了高分辨率全月球影像、虹湾地区局部影像以及地月空间等约6 TB 原始数据。目前已取得了空间分辨率7 m 的全月球图像、多种元素月面分布图等多项重要科学成果。

第二步为“落”，即发射月球软着陆器，突破地外天体的着陆技术，并携带月球巡视勘察器，进行月球软着陆和自动巡视勘测，探测着陆区的地形地貌、地质构造、岩石的化学与矿物成分和月表的环境，进行月岩的现场探测和采样分析，进行日-地-月空间环境监测与月基天文观测。

嫦娥三号是中国探月工程第二阶段的登月探测器，包括着陆器和月球车。于2013年12月2日1时30分由长征三号乙运载火箭从西昌卫星发射中心发射，12月6日抵达月球轨道，开展嫦娥三期工程中的第二阶段“落”，12月14日带着中国的第一艘月球车——“玉兔号”成功软着陆于雨海，在直径6公里的拉普拉斯F环形山以南大约40公里，位于 44.1260°N 19.5014°W，成为1976年的月球24号后首个在月球表面软着陆的探测器。嫦娥三号探测器有三大亮点。在嫦娥三号配置的多种科学探测仪器中，有三台仪器——天文月基望远镜、极紫外相机、测月雷达都将实现国际上首次科学探测。此外，为应对月夜情况下零下150摄氏度以下的低温，防止仪器设备冻坏，嫦娥三号热控系统中采用放射性同位素热源（RHU），这是中国航天探测活动中首次应用核能。

第三步为“回”，时间在在2014至2020年之间。即发射月球软着陆器，突破自地外天体返回地球的技术，进行月球样品自动取样并返回地球，在地球上对取样进行分析研究，深化对地月系统的起源和演化的认识。目标是月面巡视勘察与采样返回。