ชาวโรมันในยุคโบราณมองเห็น "ดาวอังคาร" มีสีแดงดั่งเลือด สีของดาวอังคารให้ความรู้สึกถึงพลังอำนาจ ความเข้มแข็ง และความฮึกเหิม จึงขนานนามดาวอังคารว่าเป็น "เทพแห่งสงคราม" เมื่อมนุษย์สังเกตดาวอังคารด้วยกล้องโทรทรรศน์ยุคแรก ๆ เห็นขั้วสีขาวและพื้นผิวสีคล้ำเป็นหย่อม ๆ จึงจินตนาการว่าดาวอังคารน่าจะมีชนชาติที่เจริญแล้วอาศัยอยู่ จึงสามารถสร้างคลองชลประทานลำเลียงน้ำจากขั้วสีขาวมาใช้ในการเพาะปลูก ที่เห็นเป็นสีมืดคล้ำบริเวณกลางดวง คิดกันว่าดาวอังคารน่าจะมีพืชและสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่เช่นเดียวกับบนโลก จึงเกิดจินตนาการถึงมนุษย์ชาวดาวอังคารในนิยายวิทยาศาสตร์มาช้านาน
จนเมื่อมนุษย์ส่งยานอวกาศจากโลกไปสำรวจดาวอังคาร ภาพถ่ายจากยานอวกาศเปิดเผยลักษณะของดาวอังคารมากขึ้น ตามความก้าวหน้าของเทคโนโลยีที่ใช้ในการสำรวจ โดยเฉพาะนับจากช่วง พ.ศ. ๒๕๔๐ เป็นต้นมา ยานอวกาศหลายลำถูกส่งขึ้นไปสำรวจดาวอังคาร ทั้งจากระดับสูงด้วยยานโคจรทำหน้าที่คล้ายดาวเทียมสำรวจรอบดาวอังคารอยู่นานหลายปี และด้วยยานขับเคลื่อนสำรวจพื้นผิวดาวอังคาร พบว่าดาวอังคารมีลักษณะพิเศษเฉพาะดวง มีทั้งความคล้ายและความแตกต่างจากโลกหลาย ๆ ด้าน
ดาวอังคารอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์โดยเฉลี่ย ๒๒๘ ล้านกิโลเมตร และมีขนาดเล็กประมาณ ครึ่งหนึ่งของโลก แต่เป็นดาวเคราะห์เพื่อนบ้านที่มีความคล้ายคลึงกับโลกหลายอย่าง เช่น หมุนรอบตัวเองครบ ๑ รอบ ใช้เวลายาวกว่า ๑ วันของโลก ประมาณ ๔๕ นาทีเท่านั้น ระนาบศูนย์สูตรของดาวอังคารเอียงประมาณ ๒๕ องศา กับระนาบทางโคจรรอบดวงอาทิตย์ ซึ่งใกล้เคียงกับโลกที่เอียง ๒๓.๕ องศา ทำให้ขั้วเหนือและใต้ของดาวอังคาร เอียงทำมุมกับดวงอาทิตย์อย่างสม่ำเสมอ เกิดฤดูกาล ๔ ฤดู คล้ายบนโลก แต่เนื่องจาก ๑ ปี ของดาวอังคารยาวเป็น ๖๘๗ วัน เกือบเป็น ๒ เท่าของ ๑ ปีบนโลก ในฤดูหนึ่ง ๆ บนดาวอังคารจึงยาวประมาณ ๖ เดือนบนโลก แต่ดาวอังคารก็มีลักษณะแตกต่างจากโลก จนไม่อาจใช้สภาพบนโลกอธิบายถึงวิวัฒนาการของดาวอังคารได้ มีลักษณะเด่น คือ เป็นดาวเคราะห์แห่งพายุฝุ่น อุณหภูมิที่แปรเปลี่ยน และกระแสลมแรงจัด จึงมักเกิดพายุฝุ่นฟุ้งกระจายในบรรยากาศ ห่อหุ้มทั่วดวงอยู่เสมอ เมื่อพายุสงบ ฝุ่นตกลงปกคลุมพื้นผิว และรวมตัวกับน้ำแข็งใต้ผิวดิน ปรากฏลักษณะคล้ายกับดินเหลวข้นหนืด บริเวณใกล้ขั้วของดาวอังคาร ครั้นเมื่อน้ำแข็งระเหิดเป็นก๊าซ จึงเกิดเป็นรูพรุนที่พื้นผิว นอกจากนั้นพายุรุนแรงยังหอบดินทรายเคลื่อนที่ ทับถมจนเกิดเป็นเนินอยู่ดาษดื่น และพายุทรายที่โหมกระหน่ำอยู่เสมอทำให้เกิดการสึกกร่อน ผุพังสลายตัว พบหลักฐานของลานก้อนหิน และซากตะกอนทับถมเป็นชั้น ๆ ปรากฏอยู่ทั่วไป ตามผนังของหลุมอุกกาบาต หุบเหว และหน้าผาบนดาวอังคาร
บรรยากาศของดาวอังคารประกอบด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มากถึงร้อยละ ๙๕ แต่บรรยากาศเบาบางมาก จนไม่สามารถเก็บกักความร้อนได้ อุณหภูมิพื้นผิวเฉลี่ยประมาณ -๔๐ องศาเซลเซียส สิ่งที่มีผลต่อสภาวะอากาศของดาวอังคารอย่างมาก คือ ขั้วน้ำแข็ง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นน้ำแข็งแห้ง หรือคาร์บอนไดออกไซด์แข็ง จับตัวเป็นสีขาวที่ขั้วทั้งสอง เปลี่ยนขนาดและรูปร่างไปตามฤดูกาล ในฤดูร้อนคาร์บอนไดออกไซด์แข็งระเหิดกลายเป็นก๊าซในบรรยากาศ เหลือเพียงน้ำแข็งปริมาณที่ไม่มากนักจับอยู่ที่ขั้ว แต่ในฤดูหนาวคาร์บอนไดออกไซด์จับตัวแข็งแผ่อาณาเขตกว้างใหญ่เป็นขั้วสีขาว เห็นชัดเจนด้วยกล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กบนโลก
ดาวอังคารมีความกดอากาศต่ำมากจนน้ำไม่สามารถอยู่ในสภาพเหลวได้อย่างเสถียร ไม่มีฝน แต่มีน้ำอยู่ในสภาพแข็งตัวใต้ผิวดิน และอยู่ได้ตลอดปี นักวิทยาศาสตร์ตื่นเต้นมากเมื่อยานอวกาศถ่ายภาพใน พ.ศ. ๒๕๔๓ พบร่องรอยที่ขอบหลุมอุกกาบาตคล้ายน้ำเพิ่งถูกดูดซึมหายไปใต้ผิวดิน
ภูมิประเทศบนดาวอังคารแตกต่างกันระหว่างซีกเหนือกับซีกใต้ ขณะที่ซีกใต้เป็นพื้นที่เก่าแก่ ลักษณะเป็นที่สูง ขรุขระ เต็มไปด้วยหลุมอุกกาบาต มีหุบเหว หน้าผา เป็นร่องยาวคดเคี้ยวแตกสาขามากมาย คล้ายเคยถูกกัดเซาะด้วยกระแสน้ำ แต่ซีกเหนือเป็นพื้นที่อายุน้อยกว่า มีหลุมอุกกาบาตไม่มากนัก พื้นผิวปกคลุมด้วยลาวาจากภูเขาไฟ และซากตะกอนทับถมที่ไหลมาจากซีกใต้ มีพื้นที่ราบกว้างใหญ่ ซึ่งมีระดับต่ำมาก จนเทียบได้กับระดับพื้นมหาสมุทรบนโลก นักวิทยาศาสตร์จึงค่อนข้างมั่นใจว่า ครั้งหนึ่งดาวอังคารคงเคยมีสภาพอบอุ่น ชุ่มชื้นคล้ายโลก และเคยมีทะเลมาก่อน แต่ปัจจุบันหุบเหวและท้องทะเลล้วนแห้งผาก จึงมีคำถามว่าแล้วน้ำเหือดแห้งหายไปได้อย่างไร