在中世纪望远镜发明之前，已经有越来越多人认识到月球是一个球体，但许多人却认为它的表面是非常平滑的。1609年，伽利略在《星际信使》中使用第一架伸缩望远镜描绘的月球，注意到它并不是光滑的，有着环形山和山。望远镜描绘出如下的月球:乔瓦尼.巴蒂斯塔.里乔利(GiovanniBattista Riccioli)和弗朗切斯科，马里亚.格里马尔迪(Francesco Maria Grimaldi)在17世纪后期的努力产生现今使用的月球命名系统。威罕，皮尔(Wilhelm Beer)和梅德勒(Johann Heinrich Madler)在1834-6年间发展出更精确的Mappa Selenographica,并且在1837年出版相关的书DerMond,第一次用三角法准确的研究月球特征，包括一千多座山的高度、并引导对月球研究的精确度可能如同地球的地理。最先注意到的月球环形山科学家是伽利略，一直被认为是火山。直到1870年代，理查德，波达(RichardProctor)才提出这是由撞击形成的假设。这种观点在1892年获得地质学家葛洛夫吉伯特(Grove KarI Gilbert)的实验支持，1920年至1940年的比较研究引导月球地层学发展，在1950年代成为天体地质学的一个崭新且持续发展的分支。
第一次直接探测: 1959-1976
在冷战期间，美国和苏联一直希 望在太空科技领先对方。这场太空竞赛在1969年7月20日，美国阿波罗11号的指挥官尼尔.阿姆斯壮登陆月球时达到高峰，他是登陆月球的第一人，而目前最近一次登陆过月球的人是尤金.塞尔南，他是1972年12月阿波罗17号任务的成员。
苏联的任务
冷战刺激了苏联和美国的太空竞赛，令人类加速了对月球的探测。一旦发射器有足够的能力，这些国家就发射无人探测器进行飞越和撞击或登陆的任务。来自苏联的月球计画太空船最先完成多项目标:于1958年进行了三次未赋予名称的失败任务之后，第一个脱离地球的引力，并且飞越过月球的人造物体是月球1号;第一个撞击月球表面的人造物体是月球2号:第一个拍摄到通常是被遮蔽而看不见的月球背面影像的是月球3号，这全都发生在1959年。
第一艘成功执行在月球软着陆的是月球9号，
1966年2月3日苏联月球三号第一次拍摄月球表面
第一艘环绕月球的无人太空船是月球10号，两者均在1966年完成任务。将月球的岩石和土壤标本带回地球的标本返回任务(月球16号、月球20号和月球24号)总共带回0.38公斤的月岩。两个先锋的机器人太空船在1970年和1973年登陆月球，是苏联的月球步行者计画的一部分。
在美苏的登月竞赛中苏联使用了N1火箭，尝试将其用于搭以输家身份结束这场太空竞赛。
美国的任务
美国的月球探测始于机器人任务的发展，旨在实现载人登陆月球的最终目标:喷射推进实验室的测量员计画，在月球9号发射后4个月，发射第一艘登陆月球的太空船。NASA载人的阿波罗计画也在同时发展;经过无人的阿波罗太空船在地球轨道上一系列的测试之后，和苏联月球飞行能力的刺激，阿波罗8号于1968年首度执行载人环绕月球轨道的任务。在1969年人类首次登陆月球，与后续多次的登陆月球，使很多人认为这是太空竞赛的最高峰。尼尔.阿姆斯壮是美国阿波罗11号任务的指挥官，他在1969年7月21日02:56 (世界时)踏上月球表面，成为第一位在月球漫步的人。从阿波罗11号到17号(除 了阿波罗13号中止了登陆月球的任务)的任务，总共带回382公斤、共2,196块月球岩石和土壤标本。美国登陆月球和返回使1960年代初期在的技术获得长足的进步与发展，特别是在烧蚀化学、软体工程和重返大气层技术，和高阶巨大计画整合管理等领域。
在整个阿波罗任务中，许多科学仪器被建置在月球表面。能长期工作的仪器站，包括热流量探测器、地震仪、磁强计，它们是阿波罗12号、14、15、16和17设置的。它们将资料直接传送回地球，直到1977年才因为预算的原因而停止，但是工作站的月球雷射测距回向反射器阵列是被动式的仪器，它们仍在使用中。从地球例行测量的测站到月球基地的距离精确范围在几公分之内，并且从这些资料可以对月球核心的大小有所理解。
阿波罗16号登月
