第一代是小型探测器，质量只有361～435千克，用二级“月球号”火箭发射，从地球发射后不经过地球停泊轨道而直接奔向月球，它们的任务相当简单，只是实现月球近旁飞过，或者直接撞击在月球上。1959-1960年，苏联先后进行了9次发射，其中月球-1号、月球-2号和月球-3号三颗月球探测器成功抵达月球，它们取得的重要成果是首次摆脱了地球引力达到月球，近距离拍摄了月球照片。

第二代月球号探测器，携带了技术更先进的科学仪器，承担了复杂的月球探测任务，并且要实现环绕月球飞行或月面软着陆，将科学仪器放置在月球上。第二代月球号探测器的质量在1,420至1,660千克，苏联使用了最初准备用发射火星和金星探测器的“闪电号”三级运载火箭发射它们。与第一代不同，它们先被发射到200千米左右的地球停泊轨道，然后再次点火将探测器送入奔月轨道，途中要对飞行轨道进行修正，最终准确抵达月球。从1963年1月至1968年4月，苏联进行了22次发射，其中最著名的是月球-9号和月球-10号，它们在人类探月史上分别首次实现了月球软着陆和环绕月球飞行。

第三代无人月球探测器代表了当时最先进的空间探测技术，使月球探测技术出现了巨大的飞跃。第三代无人月球探测器的重量达到5700～6,000千克，采用“质子号”重型火箭发射，包括自动采集月球样品并返回地球，绕月飞行的重型月球卫星，以及月球车考察三种类型。从1969年12月到1974年10月，苏联进行了15次发射，公开了10次，其中月球-16号首次取回了月球样品，“月球-17号”携带的首辆无人月球车“月球车-1号”在月球上工作了10个月，而“月球-19号”则成为苏联第一颗重型月球卫星。

1959-1966年，在美苏两国白热化的月球竞赛中，苏联人一度占尽优势，它的探月活动总是与一连串的“第一次”联系在一起：第一次实现探测器从月球近旁飞过，第一次实现硬着陆，第一次拍摄到月球背面的照片，第一次实现月面软着陆，第一次成功发射了环月飞行的月球卫星，第一次获得月壤数据等。在月球探测这一重要领域，苏联一次次地击败了美国，无论在心理上还是在技术上都占据了压倒西方的优势，对美国形成巨大的压力。

1961年4月12日，苏联英雄尤里·加加林驾驶着“东方号”载人飞船巡游太空，成为世界上首位“太空人”。苏联的这一巨大成就再次深深地刺激了美国人，美国的“氢弹之父”爱德华·特勒惊呼，美国输掉了“比珍珠港更重要的战役”。这迫使不甘沦为第二的美国不得不在太空开发领域接受严峻的挑战。1961年5月25日美国总统肯尼迪在国会面对全世界发表了也许他一生中最重要的一次讲话：“美国将在十年之内将人送上月球，并使其安全送返地球。”美苏联载人月球之战从此拉开了序幕。