Pierwotnie miał się znaleźć na pokładzie Mars Telecommunications Orbiter.
Kalendarium Etap Termin CelPrzygotowania do startusierpień 2002-2005Budowa i montaż urządzeń, testowanie i dostarczenie sondy na Przylądek CanaveralStart12 sierpnia 2005Start i początek podróży w kierunku MarsaPodróżsierpień 2005 – marzec 2006Czas potrzebny na dotarcie do celuWejście na orbitę wokół Marsa10 marca 2006 – listopad 2006Hamowanie przez atmosferę planety, zacieśnianie orbity, początek zbierania danychBadania7 listopada 2006 – listopad 2008Badanie planety z orbity według celów misjiSatelita komunikacyjnylistopad 2008 – grudzień 2010Orbiter służy dodatkowo jako stacja przekaźnikowa do przesyłu danych innych misji
Przebieg misji thumb|220px|Start sondy MRO thumb|220px|Pierwsza fotografia powierzchni Marsa wykonana przez MRO thumb|220px|Marsjański łazik Curiosity uchwycony przez MRO podczas lądowania 10 marca 2006 roku sonda, po trwającym ponad 7 miesięcy locie, weszła pomyślnie na zaplanowaną orbitę wokół Marsa. Zakończenie trwającego 27 minut manewru przyjęto owacyjnie w ośrodku kontroli lotu agencji NASA w Pasadenie. Pojazd odpalił silniki hamujące, kiedy znajdował się po przeciwległej w stosunku do Ziemi stronie Marsa, w okresie trwającej 30 minut przerwy w łączności.