Oczekiwana ilość danych przesłanych na Ziemię w ciągu 2 lat planowanej misji to 32 terabity, co przekracza sumaryczną ilość danych uzyskanych ze wszystkich wcześniejszych misji JPL. Komputer pokładowy sondy został wyposażony w 133 MHz, 32-bitowy procesor RAD750 zbudowany z 10,4 milionów tranzystorów. Jest to odpowiednik procesora PowerPC 750, specjalnie przystosowany do warunków panujących w przestrzeni kosmicznej. Za przechowywanie danych odpowiedzialny jest Solid State Recorder o pojemności 160 gigabitów (20 GB), zbudowany z 700 modułów pamięci flash o pojemności 256 megabitów każdy.
Cały orbiter jest oparty na anulowanej sondzie Mars Telecommunications Orbiter (MTO), która miała jedynie utrzymywać łączność, natomiast MRO wykonuje zarówno badania, jak telekomunikację. Z projektu MTO ściągnięto system telekomunikacyjny Elektra.
Wyposażenie naukowe thumb|280px|Działanie urządzenia SHARAD (wizja artysty) High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) – kamera wysokiej rozdzielczości zdolna do uzyskania zdjęć o rozdzielczości 30 cm na piksel, poza spektrum widzialnym wykonuje też zdjęcia w podczerwieni;