Với nhiệm vụ kéo dài 50 ngày, tàu thăm dò Hằng Nga 6 bao gồm mô-đun quỹ đạo, mô-đun trở về, mô-đun tiếp đất và mô-đun phóng.
Sau khoảng 37 phút bay, phần mô-đun và tên lửa đẩy được phân tách, Hằng Nga 6 tiến vào quỹ đạo dịch chuyển giữa trái đất và Mặt trăng, sau đó sẽ bay xung quanh Mặt trăng và hạ cánh “mềm” xuống “vùng tối” đã được lập trình để lấy mẫu đất đá và tiến hành thăm dò khoa học.
Sau khi hoàn thành việc lấy mẫu, mô-đun phóng sẽ đưa Hằng Nga 6 trở lại quỹ đạo của Mặt trăng, mẫu vật sẽ được chuyển sang mô-đun trở về để quay lại trái đất.
Năm 2004, Cục Hàng không vũ trụ Trung Quốc thành lập Dự án thăm dò Mặt trăng. Trong 20 năm qua, hoạt động thăm dò vũ trụ của Trung Quốc có bước phát triển liên tục, từ Hằng Nga 1 chụp ảnh bề mặt Mặt trăng, đến Hằng Nga 4 lần đầu tiên hạ cánh “mềm” xuống “vùng tối” của Mặt trăng, Hằng Nga 5 lấy thành công mẫu đất trên Mặt trăng mang về trái đất.