中国探月工程由月球探测卫星系统、运载火箭系统、发射场系统、测控系统和地面应用系统五大系统组成。
月球探测卫星系统：由中国空间技术研究院负责研制的月球探测卫星命名为嫦娥系列卫星。即将发射的嫦娥三号探测器主要由着陆器和巡视器组成。任务期间，它们主要承担月表形貌与地质构造调查，月表物质成分和可利用资源调查，地球等离子体层探测和月基光学天文观测等三项任务。
运载火箭系统：由中国运载火箭技术研究院负责研制的运载火箭是把搭载的卫星送入预定轨道的运载工具。嫦娥三号发射使用长征三号乙改进型火箭，这是我国目前最大推力的运载火箭。
发射场系统：主要负责组织指挥火箭的组装、测试、加注及发射，同时负责提供卫星的组装、测试和发射保障，火箭发射后的跟踪测量和控制。负责发射的是西昌卫星发射中心。它是中国三大发射场之一，也是我国对外开放最早、发射卫星最多的航天发射场。西昌卫星发射中心先后成功发射嫦娥一号、嫦娥二号卫星。
测控系统：主要负责火箭及卫星的轨道测量、图像及遥测监视、遥控操作、数据注入、飞行控制等。测控系统主要由北京飞行控制中心，喀什、佳木斯等地面测控站和远望号远洋航天测量船组成。
地面应用系统：由中国科学院国家天文台负责研制和建设。地面应用系统由数据接收、运行管理、数据预处理、数据管理、科学应用五个分系统组成。
