Со стартовой площадки №81 космодрома Байконур, 10 ноября 1970 года состоялся запуск ракеты «Протон-К/Д», с советской автоматической межпланетной космической станцией «Луна-17» и планетоходом «Луноход-1» на борту. Носитель успешной вывел аппараты, предназначенные для изучения Луны и космического пространства, на траекторию полета к спутнику Земли.

Коррекции траектории полета станции были проведены 12 и 14 ноября 1970 года. Станция «Луна-17» была выведена на орбиту вокруг Луны 15 ноября 1970 года. Космический аппарат находился над поверхностью Луны на высоте 85 километров.

«Луна-17» совершила мягкую посадку на поверхности Луны в районе Моря Дождей в точке с координатами 38 градусов 17 минут северной широты и 35 градусов западной долготы 17 ноября 1970 года. На лунную поверхность был доставлен самоходный аппарат «Луноход-1». Через два с половиной часа после посадки, «Луноход-1» съехал по трапу с посадочной платформы и приступил к выполнению программы исследований и экспериментов.

В течение первых трех месяцев запланированной работы помимо изучения поверхности аппарат выполнял еще и прикладную программу, в ходе которой отрабатывал поиск района посадки лунной кабины. После выполнения программы луноход проработал на Луне в три раза больше своего первоначально рассчитанного ресурса. За время нахождения на поверхности Луны «Луноход-1» проехал 10 540 метров, обследовав площадь в 80 000 квадратных метров, передал на Землю 211 лунных панорам и 25 тысяч фотографий.

Суммарная длительность активного существования Лунохода составила 301 сутки 06 часов 37 минут. За 157 сеансов с Землей было выдано 24 820 радиокоманд. Прибор оценки проходимости отработал 537 циклов определения физико-механических свойств поверхностного слоя лунного грунта, в 25 точках проведен его химический анализ. Операторы «Лунохода-1» 8 марта 1971 года в честь праздника дважды «нарисовали» на Луне колесами цифру «8».

К 15 сентября 1971 года температура внутри герметичного контейнера лунохода стала падать, так как исчерпался ресурс изотопного источника тепла, 30 сентября аппарат на связь не вышел, и 4 октября все попытки войти с ним в контакт были прекращены.

На «Луноходе-1» был установлен уголковый отражатель, с помощью которого ставились эксперименты по точному определению расстояния до Луны. Отражатель «Лунохода-1» в первые полтора года работы обеспечил порядка 20 наблюдений, но затем его положение утерялось. В марте 2010 года «Луноход-1» был обнаружен исследователями на снимках зонда LRO.