La misión de la nave espacial robótica Lunar Orbiter 1 de 1966, parte del programa Lunar Orbiter de la NASA, fue la primera nave espacial estadounidense en orbitar la Luna. Fue diseñado principalmente para fotografiar áreas lisas de la superficie lunar para la selección y verificación de sitios de aterrizaje seguros para las misiones Surveyor y Apollo. También estaba equipado para recopilar datos de selenodésicos, intensidad de radiación e impacto de micrometeoritos.

Los controladores de la misión colocaron la nave espacial en una órbita de estacionamiento alrededor de la Tierra el 10 de agosto de 1966 a las 19:31 UTC. La quemadura por inyección translunar ocurrió a las 20:04 UTC. La nave espacial experimentó una falla temporal del rastreador de estrellas Canopus (probablemente debido a la luz solar perdida) y un sobrecalentamiento durante su viaje a la Luna. El problema del rastreador de estrellas se resolvió navegando usando la Luna como referencia, y el sobrecalentamiento se mitigó orientando la nave espacial 36 grados respecto al Sol para bajar la temperatura.

Lunar Orbiter 1 se inyectó en una órbita lunar elíptica casi ecuatorial 92,1 horas después del lanzamiento. La órbita inicial era de 189,1 por 1.866,8 kilómetros (117,5 mi × 1.160,0 mi) y tenía un período de 3 horas 37 minutos y una inclinación de 12,2 grados. El 21 de agosto, el perilunio se redujo a 58 km (36 millas) y el 25 de agosto a 40,5 km (25,2 millas). La nave espacial adquirió datos fotográficos del 18 al 29 de agosto de 1966 y la lectura se produjo hasta el 14 de septiembre de 1966.

Se tomaron y transmitieron a la Tierra un total de 42 cuadros de alta resolución y 187 de resolución media, cubriendo más de 5 millones de kilómetros cuadrados de la superficie de la Luna, logrando alrededor del 75% de la misión prevista, aunque algunas de las primeras fotos de alta resolución mostró un manchado severo. También tomó las dos primeras fotografías de la Tierra desde la Luna. Se adquirieron datos precisos de todos los demás experimentos a lo largo de la misión.

El seguimiento de la órbita mostró una ligera "forma de pera" de la Luna según el campo de gravedad, y no se detectaron impactos de micrometeoritos. La nave espacial fue rastreada hasta que impactó con la superficie lunar a 7 grados de latitud norte, 161 grados de longitud este (coordenadas selenográficas) en el lado oculto de la Luna el 29 de octubre de 1966, en su órbita 577. El final anticipado de la misión nominal de un año se debió a la escasez de gas de control de actitud restante y otras condiciones de deterioro y se planeó para evitar la interferencia de transmisión con Lunar Orbiter 2.