La mayoría de la gente está familiarizada con el patrón orbital de la Tierra, por lo que es más fácil discutir la órbita de Marte en relación con la de la Tierra. Marte y la Tierra comparten muchas similitudes en sus órbitas. Ambos son patrones elípticos y se mantienen en una inclinación axial similar. La órbita de Marte tiene un patrón más excéntrico que la Tierra, lo que introduce algunas diferencias en los patrones climáticos entre los dos planetas.
Si se ven desde arriba, tanto la Tierra como Marte parecen orbitar al Sol en dirección contraria a las agujas del reloj y están casi en el mismo plano. Una unidad astronómica es una medida de aproximadamente 150 millones de km, o la distancia de la Tierra al Sol. Por lo tanto, la órbita de la Tierra es de 1 Unidad Astronómica (UA), mientras que Marte tiene un promedio de 143 millones de millas (230 millones de km) o 1.5 AU. La Tierra tarda un año en orbitar el sol, mientras que una órbita de Marte se registra en unos 687 días terrestres o 1.88 veces más que un año terrestre. Un día de Marte es un poco más largo que un día de la Tierra, con un promedio de 24 horas, 39 minutos y 35 segundos.
La excentricidad se utiliza para definir la forma de cualquier órbita planetaria. Un círculo perfecto tiene una excentricidad de cero. Las elipses tienen una excentricidad entre 0 y 1, mientras que las parábolas tienen una medida exacta de 1. La órbita de Marte tiene una excentricidad de 0.09, lo que la convierte en la segunda órbita más excéntrica de todos los planetas. Solo Mercurio tiene uno más grande.
Esta excentricidad significa que hay una gran diferencia en las distancias entre cuando está más cerca del Sol, o su perihelio, y cuando está más lejos, el afelio. El perihelio en la órbita de Marte es de aproximadamente 1.38 AU o 129 millones de millas (207 millones de km). El afelio mide aproximadamente 1.66 AU o 155 millones de millas (249 millones de km).
La inclinación axial de Marte es de 25.19 grados. Dado que esto es muy similar a la inclinación de la Tierra de 23.45 grados, las estaciones de Marte son muy similares a las de la Tierra en que hay cuatro. Cada temporada dura casi el doble que una temporada terrestre, ya que el año de Marte es más largo. También tienden a ser mucho más extremos ya que el afelio y el perihelio son drásticamente diferentes. Los veranos son más calurosos ya que la órbita de Marte se acerca más al sol, mientras que los inviernos son más duros en sus alcances lejanos.
Se presume que hace muchos años, la órbita de Marte era mucho menos excéntrica. Se estima que estuvo más cerca de 0.002 hace unos 1.35 millones de años terrestres. Las fuerzas gravitacionales creadas por los otros planetas han estado arrastrando lentamente a Marte hacia un patrón elíptico mayor.