Lunar Orbiter missionerne skulle kortlægge Månens overfladen som forberedelse til de første bemandede månerejser i Apollo-programmet. Lunar orbiter programmet blev udført af NASA.
Lunar Orbiter 1
Den 10. august 1966 blev en Atlas-Agena D opsendt fra Cape Kennedy (nu Cape Canaveral) med kurs imod Månen. Den 14. august blev den indsat i en bane om Månen. Navnet var Lunar Orbiter 1 og dens formål var kortlægning af måneoverfladen for derigennem at bane vejen for senere bemandede missioner. Efter at have kredset om Månen i 77 døgn og 527 omkredsninger om Månen, blev sonden bragt til at styrte ned på Månens bagside. Lunar Orbiter nåede at sende 205 billeder af måneoverfladen tilbage til Jorden. Lunar Orbiter vejede omkring 385 kg, og medførte, udover kamera og film, udstyr til at måle mikrometeoritter, stråling og tyngdeanomalier. Lunar Orbiter 1 tog billeder af høj kvalitet – detaljer helt ned til 20 meter kunne skelnes, hvilket er sammenligneligt med Marssonder i dag. Lunar Orbiter 1 kredsede om Månen i et plan, der hælte 12° i forhold til Månens ækvatorplan.
Lunar Orbiter 2
Den 6. november 1966 blev en Atlas Agena D opsendt fra Cape Kennedy med Lunar Orbiter 2, som gik i en bane om Månen, der hældede cirka 12° mod Månens ækvatorplan. Senere, den 8. decmber 1966 ændredes banehældningen til 17,5°. Lunar Orbiter 2 nåede at sende 205 billeder af måneoverfladen tilbage til Jorden. Lunar Orbiter 2 blev især kendt for sine billeder af Kopernikus-krateret, som blev taget den 23. november 1967 og som gav et særligt godt indtryk af dybde. Den 14. april 1967 blev sonden forberedt på at træde ind i skyggen af Månen. Sonden overlevede perioden i Månens skygge og blev bragt til at styrte ned på Månen den 11. oktober 1967.
Lunar Orbiter 3
Den 5. februar 1967 blev Lunar Orbiter 3 opsendt fra Cape Kenndy med en Atlas-Agena D-raket. Lunar Orbiter 3 nåede at sende 189 billeder tilbage fra sin bane om Månen, og den gik ind i en bane om Månen, der svarede til den planlagte for Apollo-missionerne. Den 21. februar 1967 lykkedes det endvidere sonden at fotografere Surveyor 1 på Månens overflade. Lunar Orbiter 3 blev bragt ned til knusning på måneoverfladen den 9. oktober 1967.
Lunar Orbiter 4
Den 4. maj 1967 blev Lunar Orbiter 4 opsendt fra Cape kennedy med en Atlas-Agena D-raket. I modsætning til sine forgængere blev sonden indsat i en bane vinkelret på Månens ækvatorplan, og den sendte 163 billeder hovedsagelig af den side af Månen, der vender imod Jorden.
Lunar Orbiter 5
Den 1. august 1967 blev Lunar Orbiter 5 opsendt fra Cape Kennedy med en Atlas-Agena D-raket. Lunar Orbiter 5 blev også indsat i en bane vinkelret på Månens ækvatorplan. Lunar Orbiter 5 sendte 212 billeder hovedsagelig af den del af Månen, der vender væk fra Jorden. Lunar Orbiter 5 knustes imod måneoverfladen den 31. januar 1968.
Tilsammen havde disse fem månemissioner kortlagt 99% af Månens overflade.