Миссия роботизированного космического корабля Lunar Orbiter 1 1966 года, часть программы НАСА Lunar Orbiter, была первым американским космическим кораблем, вышедшим на орбиту Луны. Он был разработан в первую очередь для фотографирования гладких участков лунной поверхности для выбора и проверки безопасных мест посадки для миссий Surveyor и Apollo. Он также был оборудован для сбора селенодезических данных, данных об интенсивности излучения и данных о столкновении с микрометеороидами.

Диспетчеры миссии вывели космический корабль на парковочную орбиту вокруг Земли 10 августа 1966 года в 19:31 UTC. Транслунная инъекция произошла в 20:04 UTC. На космическом корабле произошел временный отказ звездного трекера Canopus (вероятно, из-за рассеянного солнечного света) и перегрев во время полета к Луне. Проблема звездного трекера была решена путем навигации с использованием Луны в качестве ориентира, а перегрев был уменьшен путем ориентации космического корабля на 36 градусов от Солнца, чтобы снизить температуру.

Lunar Orbiter 1 был выведен на эллиптическую околоэкваториальную лунную орбиту через 92,1 часа после запуска. Начальная орбита имела размеры 189,1 на 1866,8 км (117,5 миль × 1160,0 миль), период 3 часа 37 минут и наклонение 12,2 градуса. 21 августа перилун упал до 58 км (36 миль), а 25 августа до 40,5 км (25,2 мили). Космический корабль получил фотографические данные с 18 по 29 августа 1966 года, а считывание происходило до 14 сентября 1966 года.

В общей сложности было снято и передано на Землю 42 кадра высокого разрешения и 187 кадров среднего разрешения, покрывающих более 5 миллионов квадратных километров поверхности Луны, что составляет около 75% намеченной миссии, хотя ряд ранних фотографий высокого разрешения показал сильное смазывание. Он также сделал первые два снимка Земли с Луны. Точные данные были получены из всех других экспериментов на протяжении всей миссии.

Отслеживание орбиты показало небольшую «грушевидную» форму Луны, основанную на гравитационном поле, и никаких столкновений с микрометеоритами обнаружено не было. Космический корабль отслеживался до тех пор, пока он не столкнулся с лунной поверхностью по команде на 7 градусе северной широты, 161 градусе восточной долготы (селенографические координаты) на обратной стороне Луны 29 октября 1966 года на ее 577-м витке. Досрочное завершение номинальной годовой миссии произошло из-за нехватки оставшегося газа для управления ориентацией и других ухудшений условий и было запланировано, чтобы избежать помех при передаче данных с Lunar Orbiter 2.