LRO hat vor allem die Aufgabe, mit Hilfe von sieben verschiedenen Instrumenten dreidimensionale Landkarten vom Mond zu erstellen und damit zugleich einen sicheren Landeplatz für Astronauten ausfindig zu machen. Gleichzeitig soll er Rohstoffvorkommen und Gefahren der Region aufzeigen. Dazu soll die Sonde den Mond ein Jahr lang in einer Entfernung von nur 50 Kilometern umkreisen. Seine Kameras wollen die Auflösung auf einen Meter pro Pixel hochschrauben.