中国火星探测任务，任务探测器称为天问系列，是中华人民共和国国家航天局的火星探测计划，是中国行星探测任务（PEC）的一部分，于2016年1月11日正式立项。
在此计划前，2011年国家航天局与欧洲、俄罗斯合作发射的首颗火星探测器萤火一号曾遭遇失败。萤火一号失败后，中国火星探测改为选用自主研制的运载火箭完成，并改为一次性完成“绕、落、巡”任务。自主发射的天问一号计划预计在2020年7月、8月择期以长征五号火箭在海南文昌航天发射场发射，一步完成绕火、落火、巡火三阶段任务。
萤火一号原计划是为了参与中国国家航天局、欧洲空间局、俄罗斯联邦航天局等国合作的探测火星计划，以此计划为蓝本中方可附带一颗小型卫星，共发射两颗探测器卫星，等于是中方及俄方各一颗，于是加速开发出迷你探测机萤火一号，原预计于2009年顺便搭载俄罗斯的联盟号运载火箭发射，2012年10月注入火星轨道，进行环绕火星的探测任务。但2009年6月成品抵达俄罗斯后，因俄方延迟，宣布推迟到2011年发射。2011年11月8日协调世界时20:16（北京时间9日凌晨04:16），萤火一号和俄罗斯的“福布斯-土壤”卫星一起搭载天顶-2SB运载火箭，从哈萨克斯坦境内的拜科努尔航天中心，成功发射。可是7小时后，俄方宣布福布斯-土壤卫星未能按计划实施变轨。2012年1月15日17时45分，返回地球大气层，在太平洋上空烧毁。中方首次火星探测计划失败。
萤火系列计划原计划分四个阶段：
2011年萤火一号发射失败后，任务有所改变，选择使用中国国产的长征系列运载火箭系统来发射深空探测器任务，而不再借助他国运载器。中国嫦娥一号卫星系统总指挥兼总设计师、中国科学院院士叶培建建议中国的第一次火星探测能同时创新地实现火星绕、落探测，而目前世界上还没有国家在一次火星探测任务里同时完成这两项任务。
2016年4月22日，国家航天局局长许达哲表示，“我国的火星探测计划今年1月11日已经正式立项，计划于2020年左右发射一颗火星探测卫星，一步实现绕火探测和着陆巡视，进行我国的首次火星探测，将研究火星的土壤环境、大气、以及水等话题。”
2016年8月23日，工程名称和图形标识全球征集活动启动。
2016年10月10日，中华人民共和国重大科技工程首次启用形象大使，中国三大男高音（魏松、戴玉强、莫华伦）、袁莎、郎平、姚明、谭盾、郎朗、TFBOYS（王源、王俊凯、易烊千玺）、《三体》作者刘慈欣等12位名人获选聘，以增进广大群众对中国实施火星探测工程重大意义的深刻理解，鼓励青少年对科学知识的强烈追求。
2019年11月14日，中国国家航天局在河北怀来的地外天体着陆综合试验场（40°17′05.1″N 115°46′53.5″E / 40.284750°N 115.781528°E / 40.284750; 115.781528），完成中国首次火星探测任务着陆器悬停避障试验，还邀请外国驻华使馆、国际组织、中外媒约70位代表在现场观摩。这也是中国火星探测任务首次公开在世人眼前。
2020年3月10日，中华人民共和国首次火星探测任务无线联试在北京航天飞行控制中心进行，就探测器与地面系统的接口匹配性和一致性，对各类方案、技术状态、软硬件系统进行了全面测试。
2020年4月24日，中国国家航天局宣布，将中国行星探测任务命名为“天问”，将中国首次火星探测任务命名为“天问一号”。
原计划在萤火一号由俄罗斯天顶-2SB运载火箭发射成功后，于2013年择机正式使用长征系列运载火箭自主发射火星探测器。由于萤火一号的发射失败，一些工作未能验证，进程受挫，使萤火二号（后改为天问一号）的研制工作继续拉长。中国将于2020年7至8月从海南文昌航天发射场由长征五号大型运载火箭发射火星探测器天问一号，此次自主发射吨位大，可以搭载大型探测器，包含轨道器、着陆器和巡视器（即火星车）三个部分，将一次完成“绕”、“落”、“巡”三个步骤。巡视器或名“赤兔号”。
中国火星采样返回任务将基于2019年的嫦娥五号月球采样返回任务以及2020年7至8月的天问一号火星“绕、落、巡”探测器的成功与否推进研制。计划由轨道器、巡视器、上升器、着陆器、返回舱五个部分组成。结构基于嫦娥五号月球采样返回任务设计。计划于2028年至2030年左右从海南文昌航天发射场发射，翌年抵达火星。轨道器/返回舱与巡视器/上升器/着陆器分离，轨道器/返回舱停留在火星近轨道，而巡视器/上升器/着陆器在火星表面进行推动力软着陆。巡视器（火星车）在火星表面采集岩土样本，存进上升器，上升器再从火星表面发射升空进入火星近轨道，经过变轨后与轨道器/返回舱交会对接，将样本输推进返回舱中，而后上升器脱离轨道器/返回舱。轨道器再次点火，携带返回舱进入火星-地球转移轨道。年后接近地球时，轨道器掉头逆向点火减速，并与返回舱分离，返回舱再入地球大气层，张开降落伞，在中国境内（内蒙古）进行软着陆，带回火星岩土样本。
