La mission de vaisseau spatial robotique Lunar Orbiter 1 de 1966, qui fait partie du programme Lunar Orbiter de la NASA, a été le premier vaisseau spatial américain à orbiter autour de la Lune. Il a été conçu principalement pour photographier des zones lisses de la surface lunaire pour la sélection et la vérification de sites d'atterrissage sûrs pour les missions Surveyor et Apollo. Il était également équipé pour collecter des données sur la sélénodétique, l'intensité du rayonnement et l'impact des micrométéoroïdes.

Les contrôleurs de mission ont placé le vaisseau spatial sur une orbite de stationnement autour de la Terre le 10 août 1966 à 19h31 UTC. La brûlure par injection trans-lunaire s'est produite à 20h04 UTC. Le vaisseau spatial a connu une panne temporaire du traqueur d'étoiles Canopus (probablement en raison de la lumière solaire parasite) et une surchauffe lors de sa croisière vers la Lune. Le problème du suivi des étoiles a été résolu en naviguant en utilisant la Lune comme référence, et la surchauffe a été atténuée en orientant le vaisseau spatial à 36 degrés par rapport au Soleil pour abaisser la température.

Lunar Orbiter 1 a été injecté sur une orbite lunaire elliptique quasi équatoriale 92,1 heures après son lancement. L'orbite initiale était de 189,1 sur 1866,8 kilomètres (117,5 mi × 1160,0 mi) et avait une période de 3 heures 37 minutes et une inclinaison de 12,2 degrés. Le 21 août, le périlune a été ramené à 58 km (36 mi) et le 25 août à 40,5 km (25,2 mi). Le vaisseau spatial a acquis des données photographiques du 18 au 29 août 1966 et la lecture a eu lieu jusqu'au 14 septembre 1966.

Au total, 42 images haute résolution et 187 images moyenne résolution ont été prises et transmises à la Terre couvrant plus de 5 millions de kilomètres carrés de la surface de la Lune, accomplissant environ 75% de la mission prévue, bien qu'un certain nombre des premières photos haute résolution a montré un frottis important. Il a également pris les deux premières images de la Terre depuis la Lune. Des données précises ont été acquises à partir de toutes les autres expériences tout au long de la mission.

Le suivi de l'orbite a montré une légère "forme de poire" de la Lune basée sur le champ de gravité, et aucun impact de micrométéorite n'a été détecté. Le vaisseau spatial a été suivi jusqu'à ce qu'il percute la surface lunaire sur commande à 7 degrés de latitude nord, 161 degrés de longitude est (coordonnées sélénographiques) sur la face cachée de la Lune le 29 octobre 1966, sur sa 577e orbite. La fin précoce de la mission nominale d'un an résultait d'une pénurie de gaz de contrôle d'attitude restant et d'autres conditions de détérioration et était prévue pour éviter les interférences de transmission avec Lunar Orbiter 2.