歷史
圖中淺褐色即為沙子分布，可見與亮區之間的關係。喬范尼·夏帕雷利的火星地圖。上為北，然而其他太空探索之前繪製的火星地圖，慣例以上為南，因為由望遠鏡所見是上下左右顛倒的。火星觀測起源於地面望遠鏡，且主要在火星位於相對於地球為沖、也就是火星沖的時候，約每兩年一次，因為此時火星距離地球最近，最易觀察。而距離更短則是在近日點沖，因火星位於近日點附近。
1877年9月（當年9月5日為火星近日點沖），義大利天文學家喬范尼·夏帕雷利首先出版了詳細的火星地圖，和月球一樣以暗區為海（Mare）等水體、亮區為陸地。其中包括著名的CANALI（channels，河道）（後來被認為只是錯視），他以著名河川命名這些長條暗線。之後被錯誤地翻譯為canals，也就是火星運河的起源。
火星暗區為水體或植被的想法，到了NASA1960年代水手號計畫中的水手4號探測火星才告結束。之後的海盜號、火星全球勘測者亦有長期觀測，而後者1996年發射、工作至2006年，更是繪製了詳盡的火星地圖。
以上地形圖是依火星全球勘測者探測資料繪製，以麥卡托投影顯示南北緯約70.2°之間，中央為經度0°，緯度0°，上為北。麥卡托投影的好處是形狀不變，圓形的隕石坑到高緯仍是圓形，只是尺寸放大了。顏色代表高度，可由右上角的圖例得知。光線是由東北方斜照，而關於地形尺寸與坡度的真實情況，使用google地球軟體會更明了。圖中淺褐色即為沙子分布，可見與亮區之間的關係。以上為火星全球勘測者於1999年所攝之火星可見光影像地圖，為圓柱投影（en:Equirectangular projection），中央為經度0°，緯度0°，上為北。顯示反照率特徵（albedo Features），深藍色字為亮區，亮藍色字為暗區。不像月球的月海等暗區常表示低地，火星的明暗地區分布與地形無關，原因是地表有較明亮、隨風遷移的沙子，沙子覆蓋之處即成亮區。但並非上圖的亮區皆為沙子，像是南北極的極冠，或是雲，如希臘平原的大片捲雲。
比較海盜號和火星全球勘測者的影像，會發現明暗特徵已有變化，總體來說暗區面積增加，而暗區吸收入射光的比例較亮區高，也就是反照率較低，故導致了氣候變化，如氣溫上升、風向改變等。
Richard A. Proctor的火星地圖，下為北。 Johann Heinrich Mädler和Wilhelm Beer雖然因月球地圖而聞名，他們也是首先的火星製圖者。他們以大部分地表特徵是固定的為出發點，訂出火星自轉周期，在1840年的計算只比現在差了0.1秒。1830年，Mädler結合了十年的觀察繪製了第一張火星地圖。他們並沒有為各特徵命名，而是以字母標示，如子午線灣（Sinus Meridiani）為 a。 往後大約二十年，隨著儀器進步和觀測者增加，很多名稱開始出現，如太陽湖（Solis Lacus）稱為眼（Oculus），大瑟提斯則為沙漏海（Hourglass Sea）或蠍子（Scorpion）。1858年，安吉洛·西奇命之為大西洋水道（Atlantic Canale）。他解釋：“它就好像地球的大西洋，分隔開舊大陸與新大陸。”而這是水道（canale）——義大利語可解釋為水道（channel）或運河（canal）——第一次使用在火星上。以上地形圖是依火星全球勘測者探測資料繪製，以麥卡托投影顯示南北緯約70.2°之間，中央為經度0°，緯度0°，上為北。麥卡托投影的好處是形狀不變，圓形的隕石坑到高緯仍是圓形，只是尺寸放大了。顏色代表高度，可由右上角的圖例得知。光線是由東北方斜照，而關於地形尺寸與坡度的真實情況，使用Google地球軟體會更明了。
概述
20世紀早期地面以無線電波測量火星地形。1976年海盜號進行的地形測量，發現了峽谷和南北半球的巨大差異，而衍生出北方平原本是海洋的假說，如1989年Parker等人提出兩條可能的海岸線。自1999年火星全球勘測者進行更精確的地形測量，並發現一些支持Parker海岸線的證據。
目前廣泛使用的全球地形圖（也就是前面的圖）是火星全球勘測者的火星衛星雷射測高儀（Mars Orbiter Laser altimeter，MOLA）從1999到2001年累積六百多萬次的雷射測量並修正後所得。方法是已知衛星位置，以雷射來回時間計算地表至地心的距離，再減去基準面－－火星大地水平面即得地形高度。
火星大地水平面（Areoid，對應Geoid，地球的大地水平面）是一個接近平均海拔的重力等位面，是人為計算並選擇的，並非真實存在。重力等位面垂直重力場，相當於人感覺到的水平面與上下高低，故以重力作為測量地形高度的依據。又地球的大地水平面近似於傳統的基準面－－海平面，故作為地形高度的基準面。且雖然大體上是一個橢球面，但因各處的質量分布不均導致有不規則起伏，如在塔爾西斯、烏托邦平原等處為突起。目前採用的是戈達德火星重力模型（Goddard Mars Gravity Model）。
除了大地水平面，還有以最接近的橢球面或水的三相點的氣壓：610帕為基準，測出來的地形高度亦互不相同，例如奧林帕斯山的高度值就有很多種，甚至達27公里。以下是幾個例子（單位為米）：
地形特徵 以Areoid為基準 以橢球面為基準 以610帕為基準
奧林帕斯山 21287 22663 24736
艾斯克雷爾斯山 18219 19183 21472
阿爾西亞山 17781 18633 20945
埃律西昂山 14127 14586 16707
帕弗尼斯山 14057 14937 17307
亞拔山 6770 7209 9056
赫克提斯山 4853 5035 7086
歐伯山 3925 4185 6301
希臘平原最深處 -8180 -8510 -6462
註：另有資料顯示不同高度值：奧林帕斯山21229米；艾斯克雷爾斯山18225米；埃律西昂山14028米；帕弗尼斯山14058米；希臘平原最深處-8200米。
另外可用視差法測量地形，即以稍微不同的角度觀看同物體，來判別立體形狀。這早已套用於航照圖的地形判斷，現在一些探測器如火星勘察衛星、火星快車號和火星探測漫遊者，套用高解析度照片建立區域的高解析度地形模型，或製成立體照片，需帶上紅藍立體眼鏡觀看。
地圖分區
美國地質調查局（USGS）依經緯度將火星地表分為30個長方形區域（quadrangle），緯度以0°、30°、65°分隔，經度則六或八等分，以傳統地名命名。而代號前的MC表示Mars Chart。下表顯示各區名稱，中央為經度0°，緯度0°，上為北。
MC-01
Mare Boreum
MC-02
Diacria MC-03
Arcadia MC-04
Mare Acidalium MC-05
Ismenius Lacus MC-06
Casius MC-07
Cebrenia
MC-08
Amazonis MC-09
Tharsis MC-10
Lunae Palus MC-11
Oxia Palus MC-12
Arabia MC-13
Syrtis Major MC-14
Amenthes MC-15
Elysium
MC-16
Memnonia MC-17
Phoenicis MC-18
Coprates MC-19
Valles Marineris MC-20
Sinus Sabaeus MC-21
Iapygia MC-22
Mare Tyrrhenum MC-23
Aeolis
MC-24
Phaethontis MC-25
Thaumasia MC-26
Argyre MC-27
Noachis MC-28
Hellas MC-29
Eridania
MC-30
Mare Australe
經緯坐標
零度經線
火星赤道是以它的自轉確定，但火星的本初子午線是人為指定的，跟地球的一樣，選擇是隨意的，大家約定俗成。1830-32年，德國天文學家Wilhelm Beer和Johann Heinrich Mädler選擇一個小圓形特徵作參考點以製作火星的第一張系統地圖，1877年被義大利天文學家喬范尼·夏帕雷利採用作本初子午線。在1972年，水手9號測繪火星地貌後，沿著Beer和Mädler的線，蘭德公司的Merton Davies在他建立一個地理控點網路後提出火星精確的0.0°經線定義：是一個位於子午灣（Sinus Meridiani，或子午線高原（Meridiani Planum））的小隕石坑（稍後被稱為Airy-0）。
東經與西經
火星經度系統有兩種，一為往西遞增、由0°W至360°W，另一個是往東遞增、由0°E至360°E，兩者皆由國際天文聯會認可使用。早期的觀測是使用前者，2002年以後製作的地圖則採用後者（包括2001年MOLA團隊製作的圖）。西經採用的橢球體是赤道半徑3396.19公里、極半徑3376.2公里，緯度值比東經系統的大。
地名命名
早期
Johann Heinrich Mädler和Wilhelm Beer雖然因月球地圖而聞名，他們也是首先的火星製圖者。他們以大部分地表特徵是固定的為出發點，訂出火星自轉周期，在1840年的計算只比現在差了0.1秒。1830年，Mädler結合了十年的觀察繪製了第一張火星地圖。他們並沒有為各特徵命名，而是以字母標示，如子午線灣（Sinus Meridiani）為 a。
往後大約二十年，隨著儀器進步和觀測者增加，很多名稱開始出現，如太陽湖（Solis Lacus）稱為眼（Oculus），大瑟提斯則為沙漏海（Hourglass Sea）或蠍子（Scorpion）。1858年，安吉洛·西奇命之為大西洋水道（Atlantic Canale）。他解釋：“它就好像地球的大西洋，分隔開舊大陸與新大陸。”而這是水道（canale）——義大利語可解釋為水道（channel）或運河（canal）——第一次使用在火星上。
1867年，Richard Anthony Proctor不加修飾地取自William Rutter Dawes於1865年所繪的地圖，繪了一張火星地圖。他以一些觀測者的名字來命名各特徵。以下列出，與喬范尼·夏帕雷利於1877至1886年所繪之地圖中所使用的相比較。夏帕雷利用的較為廣泛接受，至今仍使用：
Richard A. Proctor的火星地圖，下為北。Kaiser Sea = Syrtis Major
Lockyer Land = Hellas
Main Sea = Lacus Moeris
Herschel II Strait = Sinus Sabaeus
Dawes Continent = Aeria and Arabia
De La Rue Ocean = Mare Erythraeum
Lockyer Sea = Solis Lacus
Dawes Sea = Tithonius Lacus
Madler Continent = Chryse, Ophir, Tharsis
Maraldi Sea = Maria Sirenum and Cimmerium
Secchi Continent = Memnonia
Hooke Sea = Mare Tyrrhenum
Cassini Land = Ausonia
Herschel I Continent = Zephyria, Aeolis, Aethiopis
Hind Land = Libya
Proctor的命名法常遭批評，因為他選的多是英國的天文學家，也因為一些名字不只使用一次。尤其Dawes就出現不只六次（Dawes Ocean，Dawes Continent，Dawes Sea，Dawes Strait，Dawes Isle，Dawes forked Bay）。即使如此，這個命名法也不是那么令人厭惡，且這些缺點也由後來的天文學家所改進。
現代
現在，火星地名有多種來源。大的反照率特徵保留傳統名字，但常隨著真正性質的發現而更新，如Nix Olympica（奧林匹克之雪）變成Olympus Mons（奧林帕斯山）。
大隕石坑以重要的科學家和科幻作家命名；小隕石坑則以地球上的村鎮命名。
一些火星車所研究的地表特徵會加上暫時名稱或綽號，以利辨別標示。然而，一些特徵如以哥倫比亞號太空梭災難上七名太空人的名字命名的哥倫比亞山丘群，希望能得到國際天文聯會的永久使用。
用語
火星地形或地表特徵用語是采拉丁文，在此列出常用的供對照：（或參考原文）
用語（, 複數） 中文解釋 實例
Catena, catenae 一串的圓形凹地，鏈坑 Phlegethon Catena
cavus, CAVI 淺、不規則、邊緣陡峭的凹地，常成列或成群 Scandia Cavi
CHOAS, chaoses 破碎地表，混沌地形 Hydraotes Choas
Chasma, chasmata 深長、邊緣陡峭之凹地 Echus Chasma
Collis, colles 小山丘、圓丘 Cydonia Colles
Crater, craters 圓形凹地，環形山，通常指隕石坑 Cassini（地圖上隕石坑不加Crater，只寫名字）
Dorsum, dorsa 脊 Gordii Dorsum
Fossa, fossae 狹長甚至多條並行的谷地，槽溝 Tempe Fossae
Labes, labēs 山崩、滑坡 Ophir Labes
Labyrinthus, labyrinthi 峽谷或山脊複雜交錯的地區 Noctis Labyrinthus
Mensa, mensae 頂部平坦、邊緣陡峭的突出地 Sacra Mensa
Mons, montes 山 Phlegra Montes
Patera, paterae 不規則環形山，或指複雜、多弧形邊的火山口 Apollinaris Patera
Planitia, planitiae 低海拔平原 Utopia Planitia
Planum, plana 高海拔平原，高原 Lunae Planum
Rupes, rupēs 陡坡 Promethei Rupes
Scopulus, scopuli 葉狀、不規則陡坡 Oenotria Scopulus
Sulcus, sulci 平行的溝、脊 Lycus Sulci
Terra, terrae 廣大的地塊 xanthe Terra
Tholus, tholi 小、圓頂的山或丘 Hecates Tholus
Unda, undae 沙丘 Olympia Undae
Vallis, valles 峽谷 Kasei Valles
Vastitas, vastitates 廣大的平原 Vastitas Borealis
用語通常放在名字之後，只有少數置前，如Valles Marineris、Dorsa Brevia。
火星地名列表國際天文學聯合會的行星系命名工作組負責命名火星等星球表面的地貌。
