A missão da espaçonave robótica Lunar Orbiter 1 de 1966, parte do programa Lunar Orbiter da NASA, foi a primeira espaçonave americana a orbitar a Lua. Ele foi projetado principalmente para fotografar áreas lisas da superfície lunar para seleção e verificação de locais de pouso seguros para as missões Surveyor e Apollo. Também foi equipado para coletar dados de selenodese, intensidade de radiação e impacto micrometeoróide.

Os controladores da missão injetaram a espaçonave em uma órbita de estacionamento ao redor da Terra em 10 de agosto de 1966, às 19:31 UTC. A queimadura por injeção translunar ocorreu às 20:04 UTC. A espaçonave experimentou uma falha temporária do rastreador de estrelas Canopus (provavelmente devido à luz do sol dispersa) e superaquecimento durante seu cruzeiro para a Lua. O problema do rastreador de estrelas foi resolvido navegando usando a Lua como referência, e o superaquecimento foi diminuído orientando a espaçonave a 36 graus do Sol para diminuir a temperatura.

O Lunar Orbiter 1 foi injetado em uma órbita lunar elíptica quase equatorial 92,1 horas após o lançamento. A órbita inicial era de 189,1 por 1.866,8 quilômetros (117,5 mi × 1.160,0 mi) e tinha um período de 3 horas e 37 minutos e uma inclinação de 12,2 graus. Em 21 de agosto, o perilúnio caiu para 58 km (36 mi) e em 25 de agosto para 40,5 km (25,2 mi). A espaçonave adquiriu dados fotográficos de 18 a 29 de agosto de 1966, e a leitura ocorreu até 14 de setembro de 1966.

Um total de 42 quadros de alta resolução e 187 de média resolução foram capturados e transmitidos para a Terra cobrindo mais de 5 milhões de quilômetros quadrados da superfície da Lua, realizando cerca de 75% da missão pretendida, embora algumas das primeiras fotos de alta resolução apresentou manchas severas. Também tirou as duas primeiras fotos da Terra da Lua. Dados precisos foram adquiridos de todos os outros experimentos ao longo da missão.

O rastreamento da órbita mostrou uma ligeira "forma de pêra" da Lua com base no campo gravitacional, e nenhum impacto de micrometeoritos foi detectado. A espaçonave foi rastreada até atingir a superfície lunar sob comando a 7 graus de latitude norte, 161 graus de longitude leste (coordenadas selenográficas) no lado oculto da Lua em 29 de outubro de 1966, em sua 577ª órbita. O fim antecipado da missão nominal de um ano resultou de uma escassez de gás de controle de atitude restante e outras condições de deterioração e foi planejado para evitar interferência de transmissão com o Lunar Orbiter 2.