В 1984 году Комитетом по исследованию солнечной системы была предложена возможность запуска орбитального аппарата для изучению Марса. Предварительными целями были изучение магнитного поля планеты, получение изображений высокого разрешения и минералогического состава поверхности, а также расширить информацию, полученную по программе «Викинг». Первоначально «Марс Обсервер» планировалось запустить в 1990 году при помощи спейс шаттла. 12 марта 1987 года, после катастрофы «Челленджера», запуск был перенесён на 1992 год. Вместе с переносом обнаружился и перерасход первоначального бюджета, общая стоимость программы оценивается в 813 миллионов $ (против изначального полумиллиарда).