由于火星與地球的距離和相似性，火星上存在生命的可能性是天體生物學感興趣的主題。 迄今為止，還沒有在火星上發現過去或現在存在生命的證據。 累積的證據表明，在古代諾亞時代，火星的地表環境存在液態水，可能適合微生物居住，但宜居條件并不一定意味著生命存在。

對生命證據的科學探索始于 19 世紀，并通過望遠鏡調查和部署的探測器一直持續到今天。 雖然早期的工作側重于現象學并與幻想接壤，但現代科學研究強調尋找水、地球表面土壤和巖石中的化學生物特征以及大氣中的生物標記氣體。

火星對于生命起源的研究特別感興趣，因為它與早期地球相似。 尤其是因為火星氣候寒冷，沒有板塊構造或大陸漂移，所以自太陽紀末期以來幾乎沒有變化。 火星表面至少有三分之二的歷史超過 35 億年，因此火星可能擁有導致生命出現的生命起源前條件的最佳記錄，即使那里不存在或從未存在過生命，生命可能已經開始 早在 44.8 億年前就發展起來了。

在確認過去存在地表液態水后，好奇號、毅力號和機遇號漫游者開始尋找過去生命的證據，包括過去基于自養、化學營養或化學自養微生物的生物圈，以及古代水，包括河流- 可能適合居住的湖泊環境（與古代河流或湖泊相關的平原）。 在火星上尋找宜居性、埋藏學（與化石有關）和有機化合物的證據現在是 NASA 和 ESA 的主要目標。

沉積巖中有機化合物和火星上硼的發現很有趣，因為它們是生命起源前化學的前體。 這些發現，連同之前關于古代火星上明顯存在液態水的發現，進一步支持了火星上蓋爾隕石坑早期可能的宜居性。 目前，火星表面沐浴著電離輻射，火星土壤富含對微生物有毒的高氯酸鹽。 因此，共識是，如果火星上存在或曾經存在生命，那么它可以在地下找到或保存得xxx，遠離當今嚴酷的表面過程。

2018 年 6 月，美國宇航局宣布探測到火星甲烷水平的季節性變化。 甲烷可以由微生物或地質手段產生。 歐洲 ExoMars 微量氣體軌道器于 2018 年 4 月開始繪制大氣甲烷，2022 ExoMars 探測器 Rosalind Franklin 計劃在該計劃無限期暫停之前鉆探和分析地下樣本，而 NASA 火星 2020 探測器 Perseverance 已成功著陸 ，將緩存數十個鉆孔樣本，以便在 2020 年代后期或 2030 年代將它們運送到地球實驗室。 截至 2021 年 2 月 8 日，報告了考慮在金星（通過磷化氫）和火星（通過甲烷）上可能檢測到生命形式的研究的最新狀態。

火星的極地冰蓋是在 17 世紀中葉發現的。 在 18 世紀后期，威廉·赫歇爾證明了它們在每個半球的夏季和冬季交替生長和收縮。 到 19 世紀中葉，天文學家知道火星與地球還有某些其他相似之處，例如，火星上一天的長度幾乎與地球上一天的長度相同。 他們還知道它的軸向傾斜與地球相似，這意味著它和地球一樣經歷了季節——但由于它的年份更長，所以長度幾乎是地球的兩倍。 這些觀察結果導致越來越多的人猜測，較暗的反照率特征是水，而較亮的特征是陸地，由此引發了對火星是否可能存在某種生命形式的猜測。

1854 年，劍橋大學三一學院的研究員威廉·惠厄爾 (William Whewell) 提出火星有海洋、陸地和可能的生命形式的理論。 在 19 世紀后期，一些觀察者用望遠鏡觀察到明顯的火星運河——后來發現這些運河是光學錯覺——之后，關于火星上生命的猜測爆發了。

盡管如此，美國天文學家珀西瓦爾·洛厄爾 (Percival Lowell) 于 1895 年出版了他的著作《火星》，隨后于 1906 年出版了《火星及其運河》，提出運河是遠古文明的杰作。 這個想法促使英國作家 H. G. 威爾斯在 1897 年寫下了《世界大戰》，講述了逃離地球干燥的火星外星人的入侵。

1894 年，美國天文學家威廉·華萊士·坎貝爾 (William Wallace Campbell) 表明火星大氣中既不存在水也不存在氧氣，對火星大氣層的光譜分析正式開始。