Ľudstvo azda od pradávna fascinovalo to, aké tajomstvá ukrýva vesmír. Hoci v roku 1964 ešte Amerika nemala ani svojho človeka na Mesiaci, už pomýšľali na to, ako by dobyli „červenú" planétu. O Marse sa v tom čase veľa nevedelo. Niektorí odhadovali, že by jeho povrch mohol byť podobný tomu na Mesiaci, iní, väčší optimisti verili, že by na Marse mohol byť dokonca inteligentný život.
Štart Marinera 4 nasledoval tri týždne po neúspešnom experimente s Marinerom 3, ktorému po štarte zlyhal ochranný kryt. Hralo sa o veľa, informácie spravodajských služieb totiž naznačovali, že Sovietsky zväz plánuje vyslať podobnú sondu s tým istým poslaním. 28. novembra, o 15:27 nášho času odštartoval Mariner 4 z Mysu Canaveral. O dva dni na to vyslali Sovieti loď Zond 2 a začal tak závod o dobytie Marsu.

V histórií NASA predstavoval Mariner 4 v poradí len druhú kozmickú sondu, ktorá bola špeciálne navrhnutá pre planetárny prieskum Marsu. Pripomínal atypického vtáka, vážil 260 kilogramov, meral 127 centimetrov a náklady na jeho misiu presiahli $554 miliónov. Jeho primárnym cieľom bol prieskum Marsu, no zároveň mal priniesť vesmírnym inžinierom cenné skúsenosti v oblasti dlhších medziplanetárnych letov.
Sovietska sonda Zond 2 napokon napodobila svojich predchodcov a k Marsu ani nedoletela. Hoci v NASA žartovali o tom, že o tom, že ich sondu zjedol „veľký vesmírny démon,“ akonáhle sa Mariner 4 dostal do oblasti, kde došlo k poruche Zond 2, i on sa začal správať atypicky. Diagnostika však nik neodhalila a sonda tak mohla pokračovať ďalej v ceste. Po stovkách miliónov preletených kilometrov sonda konečne dorazila k planéte.
Podľa plánu nemala vstúpiť na jej orbitu, ale sa okolo nej pohybovať po oblúkovej dráhe vo vzdialenosti približne 10.000 až 17.000 kilometrov. Z tejto vzdialenosti mal zhotovovať fotografie z povrchu. Hoci sa to zdalo jednoduché, bola to riskantná operácia. Ak by sa Mariner 4 náhodou odchýlil zo svojej dráhy a dostal sa napríklad na odvrátenú stranu planéty, jeho solárne články by už neboli „naklonené“ smerom k Slnku a misia by bola prakticky stratená.

Našťastie, všetko dopadlo dobre. 14. júla uskutočnil Mariner 4 svoj prvý plánovaný oblet Marsu, počas ktorého zhotovil fotografie zobrazujúce povrch planéty. O štyri dni na to dorazili tieto zábery aj do NASA, ktorá mohla začať analyzovať získané dáta. Na základe nich zistili napríklad i to, že Mars nemá magnetické pole, jeho atmosféra je výrazne odlišná od tej zemskej, no predovšetkým sa dozvedeli, že povrch Marsu je podobný tomu na Mesiaci.
Mars tak ani zďaleka nepredstavoval idylický pozemský raj, ale bol chladnou planétou plnou kráterov, na ktorej život nebol zďaleka tak „živý“, ako sa dúfalo. Ak niekedy ľudstvo skutočne na Marse pristane, bude mať na tom svoju veľkú zásluhu aj táto sonda. Prostredníctvom nej totiž ľudstvo prvýkrát získalo aspoň približnú predstavu o tom, čo by ho na „červenej" planéte čakalo.