Amerykańska sonda przeznaczona do badania Marsa z orbity, pierwsza marsjańska sonda NASA od czasu misji Vikingów.

Rakieta nośna: Titan III/TOS (pierwotnie planowano wyniesienie wahadłowcem), masa startowa 2573 kg (w tym 1364 kg paliwa).

Instrumenty naukowe sondy to kamery wysokiej rozdzielczości, spektrometr emisji termicznej, wysokościomierz laserowy, magnetometr, radiometr podczerwieni, spektrometr promieni gamma, aparatura radiowa.
Mars Observer  zasilany był z pojedynczej baterii słonecznej złożonej z sześciu paneli o rozmiarach 1,8 x 2,2 m każdy, bateria wytwarzała moc 1130 W na orbicie Marsa.

Przebieg misji:
Start nastąpił 25.09.1992 r. o godz. 17:05:01 UT.
26.07.1993 wykonano kamerą wąskokątną zdjęcie Marsa z odległości 5,8 mln km, które okazało się jednym z nielicznych efektów misji.
Planowe wejście na orbitę miało nastąpić 24.08.1993. Początkowa orbita wokółbiegunowa miała być eliptyczna, następnie przekształcona w kołową o wysokości 400 km. Rozpoczęcie obserwacji naukowych wstępnie planowano na 12.12.1993, jednak w wyniku bardzo precyzyjnej trajektorii dolotowej i powstałych dzięki temu rezerw paliwowych, badania można było rozpocząć już 22.11.1993.

21.08.1993 podczas aktywizacji zespołu napędowego przed planowanym uruchomieniem silnika hamującego (dla wejścia na orbitę wokół Marsa) kontakt z sondą został utracony. Prawdopodobną przyczyną była eksplozja materiałów pędnych, która zniszczyła sondę.