Mariner 5 var i utgangspunktet en backup for Mariner 4, men da dette oppdraget var vellykket ble Mariner 5 modifisert til å fly forbi Venus. Sonden ble skutt opp 14. juni 1967. Sonden fotograferte flere detaljer om Venus og dens skjulte, hete overflate som den foregående Venus-landeren Venera 4 delvis hadde gjort.