Im Jahr 2006 rief die NASA dazu auf, im Rahmen des damaligen Mars Scout Program Vorschläge für eine neue Mission zum Mars einzureichen. Die Scout Missionen sollten jeweils weniger als 485 Mio. $ kosten und mit kleinen kostengünstigen und doch innovativen Missionen bei geringem Risiko neue Erkenntnisse vom Mars liefern. Erstes konkretes Ergebnis des Programms war der stationäre Lander „Phoenix“ (2008). Für die zweite Mars Scout Mission gingen 26 Vorschläge ein, von denen sich zwei als Finalisten qualifizierten. Am 15.09.2008 gab die NASA das MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) Konzept als Gewinner bekannt, einen Marsorbiter zur Untersuchung der Marsatmosphäre. Aus den aktuellen Vorgängen, so dem noch immer anhaltenden Verlust der dünnen Restatmosphäre und der letzten Wasservorkommen des Mars, hofften die Wissenschaftler Rückschlüsse auf die dramatischen Veränderungen ziehen zu können, die den Planeten so grundlegend verändert hatten. Denn mittlerweile galt als gesichert, daß der Mars einst über eine dichte Atmsophäre, vergleichbar der irdischen, verfügt haben mußte. Und ebenso über große Wasservorkommen. Entsprechend der Aufgabenstellung umfaßte die wissenschaftliche Ausrüstung von MAVEN folgende Instrumente: Solar Wind Electron Analyzer (SWEA), Solar Wind Ion Analyzer (SWIA), Suprathermal and Thermal Ion Composition (STATIC), Solar Energetic Particle (SEP), Lagmuir Probe and Waves (LPW), Magnetometer (MAG), Imaging Ultraviolet Spectrometer (IUVS) und Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer (NGIMS). Obwohl die Startvorbereitungen für die Mission in die Phase eines Government Shutdown aufgrund der ungeklärten Haushaltssituation fielen, erhielt die Mission schließlich doch eine so hohe Priorität zugesprochen, daß die Arbeiten kaum beeinträchtigt fortgesetzt werden konnten. Anderenfalls hätte sich der Start von MAVEN aus bahnmachanischen Gründen um 26 Monate verzögert. So aber hob die Atlas V Mod. 401  am 18.11.2013 um 18:28 UTC pünktlich von Cape Canaveral ab. Für den September 2014 war die Ankunft am Mars geplant. Ohne größere Probleme überbrückte MAVEN die Distanz zum Mars und unternahm am 22.09.2014 das entscheidende Bremsmanöver, das die Sonde in einen vorläufigen Orbit um den Planeten einschwenken ließ.
Normalerweise wäre nun eine mehrwöchige Inbetriebnahmephase gefolgt mit Feinanpassung des Orbits sowie Test und Kalibrierung der Instrumente. Eine einmalige wissenschaftliche Gelegenheit überzeugte Wissenschaftler und Ingenieure aber davon, von dieser bewährten Vorgehensweise abzuweichen. Denn am 19.10.2014 flog der Anfang 2013 entdeckte Komet C/2013 A1  („Siding Spring“) nahe am Mars vorbei. MAVEN beteiligte sich an der Beobachtungskampagne, auch wenn es Bedenken gab, daß der Kometenstaub die Sonde gefährden könnte. Bahnmechanisch wurde daher ein Kompromiß erarbeitet. Offiziell wurde der Wissenschaftsbetrieb dann am 16.11.2014 aufgenommen. Doch schon am 19.11.2014 ging MAVEN in einen Sicherheitsmodus, bei dem alle wissenschaftlichen Instrumente deaktiviert wurden, während sich die Hauptantenne zur Erde ausrichtete. Das MAVEN Team stufte den Zwischenfall allerdings als Problem ein, wie es bei der Inbetriebnahme eines so komplexen Forschungslabors schon einmal vorkam. Tatsächlich konnten die Probleme auch folgenlos überwunden werden. Im Laufe der einjährigen Primärmission unternahm MAVEN vier sogenannte „Deep Dip“ Manöver, die die Sonde in 125 bis 150 km Höhe durch die oberen Schichten der Marsatmosphäre führten. Nach einer ersten Verlängerung der Mission bis zum September 2016 wurde diese nochmals um zwei Jahre ausgeweitet. Begrenzendes Element dabei waren die Treibstoffvorräte. Doch auch danach hoffte man noch Nutzen aus dem Orbiter ziehen zu können. Denn für eine Zeitspanne von bis zu zehn Jahren sollte MAVEN als Reserve-​Relais für diverse Mars-​Rover fungieren, auch wenn seine elliptische Bahn die Nutzung limitierte. Nach einem mehrmonatigen Aerobraking im Frühjahr 2019 war eine Bahn etwa zwischen 130 und 4.500 km Bahnhöhe erreicht, die dank häufigerer Überflüge bessere Bedingungen für die Kommunikation mit den Rovern bot. Und die Treibstoffreserve wurde jetzt als ausreichend für einen Betrieb bis 2030 erachtet.