2003年3月完成了繞月探測工程的綜合立項論證工作,提交了《月球探測一期工程綜合立項論證報告》及《月球探測一期工程科學目標與發展戰略》,月球探測衛星、運載火箭、發射場、測控、地面應用五大系統的可行性論證報告。
2004年,中國第一個月球探測工程命名"嫦娥1號"工程,中國探月工程第一期正式啟動,繞月工程各項研製工作也全面展開。目標是要在2007年之前發射一顆繞月探測衛星。
2005年,運載火箭、探測器 、數控、發射場和地面運用五大系統均完成了"初樣"階段,確定了各項技術指標。探月工程轉入嫦娥一號正樣飛行衛星的研製,預計在2007年發射。
2006年,"嫦娥一號"衛星進行最後飛行樣機階段的研製。運載火箭完成正樣投産任務,測控和發射場系統完成技術改造和調試任務,地面應用系統完成組裝和調試任務。完成月球探測衛星正樣産品的設計、研製、總裝、測試、試驗、發射及飛行試驗。
2007年10月24日18時05分,中國首顆探月衛星嫦娥一號在西昌衛星發射中心發射升空,準確進入預定軌道。 2007年11月5日,嫦娥一號成功實施首次近月制動,順利進入繞月軌道。2007年11月7日,嫦娥一號衛星進入環月軌道。
2008年10月24日,嫦娥一號衛星圓滿完成一年任務,所有載荷均開展了有效的科學探測,獲得了超過1.37TB的科學探測數據。2008年11月12日,發佈中國第一幅全月球影像圖。這是目前世界上已公佈的最清晰完整的月球影像圖。
嫦娥一號衛星在完成預定任務後,鋻於衛星狀態良好,為最大限度地利用衛星在軌的寶貴資源,開展了一系列技術試驗,為二期工程積累了寶貴經驗。2009年3月1日,嫦娥一號衛星按預定計劃受控撞月,圓滿完成使命。
2010年10月1日18時59分57秒345毫秒,"嫦娥二號"在西昌衛星發射中心成功發射。在飛行後的29分53秒時,星箭分離,衛星進入軌道。19時56分太陽能帆板成功展開。飛入指定軌道。嫦娥二號工程的實施創造了航天領域多項"世界第一"。
2012年11月13日,"嫦娥三號"月球著陸器實物模型在珠海航展的首"秀"吸引了眾多眼球。官方透露中國預計于2013年擇機發射"嫦娥三號"探測器。它將攜帶中國的第一艘月球車,並實現中國首次月面軟著陸。