Mars a seulement une mince atmosphère, cependant, elle est extrêmement poussiéreuse et la lumière y est dispersée. Le ciel est ainsi assez clair pendant la journée et les étoiles ne sont pas visibles. L'étoile polaire martienne est Deneb (bien que le pôle réel soit un peu décalé dans la direction d'Alpha Cephei).
Générer des images précises avec les vrais couleurs de la surface de Mars est étonnamment complexe.
Pour ne donner qu'un seul aspect à considérer, il y a l'effet Purkinje : la réponse de l'œil humain dépend de la lumière ambiante - les objets rouges tendent à s'assombrir plus rapidement que les objets bleus quand l'éclairage descend. Il y a beaucoup de variations dans les couleurs du ciel des images publiées, étant donné que beaucoup de ces images ont été faites à l'aide de filtres afin de maximiser leur valeur scientifique, et qu'elles ne cherchent pas à montrer la couleur vraie du ciel. Pendant de nombreuses années, on pensait le ciel de Mars plus rosâtre qu'on ne le croit à présent.
On sait maintenant que pendant la journée martienne, le ciel est un écarlate, ou de couleur orangé rouge vif. Au coucher et au le lever du soleil, le ciel est rose, mais dans le voisinage du soleil couchant, il est bleu. C'est le contraire de la situation sur la Terre. À certains moments, le ciel prend une couleur violacée, en raison de la dispersion de la lumière par de très petites particules de glace dans les nuages. Le crépuscule dure longtemps après le coucher du soleil et avant son lever, à cause de la poussière dans la haute atmosphère de Mars.
Sur Mars, la diffusion Rayleigh est généralement un effet très faible, la couleur rouge du ciel est causée par la présence de d'oxyde de fer (III) dans les particules de poussière dans l'air.
Le Soleil vu de Mars semble être au 5/8e de sa taille vue de la Terre (0,35°), et envoie 40% de la lumière, environ la luminosité d'une après-midi, partiellement nuageux sur Terre.
Mars a deux petites lunes: Phobos et Déimos. De la surface de Mars, Phobos paraît être un tiers à un demi fois le diamètre angulaire du Soleil, mais Déimos est à peine plus d'un point (seulement 2' de diamètre angulaire). Le mouvement apparent de Phobos est en sens inverse, en raison de son mouvement orbital rapide: elle se lève à l'ouest et se couche à l'est. L'orbite de Phobos est si proche (dans une orbite équatoriale à inclinaison basse) qu'elle ne peut être vue au nord de 70,4° N ou au sud de 70,4° S ; des observateurs en hautes latitudes remarqueraient également une diminution de la taille apparente de Phobos, la distance supplémentaire étant non négligeable. La taille apparente de Phobos varie jusqu'à 45% au moment où elle passe au-dessus dans le ciel, en raison de sa proximité de la surface de Mars. Pour un observateur à l'équateur, par exemple, Phobos est d'environ 0,14° au lever et se gonfle à 0,20° au moment où elle atteint le zénith. Elle traverse le ciel rapidement, en environ 4.24 heures, à tous les 11.11 heures.
Deimos se lève à l'est et se couche à l'ouest comme une lune normale, même si son apparence est semblable à une étoile (diamètre angulaire de 1,8′ et 2,1′). Sa luminosité est semblable à celle de Vénus et de l'étoile Vega (vue de la Terre). Étant relativement proche de Mars, Deimos ne peut pas être vue à partir des latitudes martiennes supérieure à 82,7°. Enfin, la période orbitale de Deimos d'environ 30,3 heures dépasse la période de rotation de Mars (d'environ 24,6 heures) par une si petite quantité qu'elle se lève tous les 5,5 jours et demeure visible 2,5 jours entre le lever et le coucher pour un observateur à l'équateur. Ainsi Phobos traverse le ciel martien près de 12 fois pendant que Deimos le traverse une seule fois.
Phobos et Deimos peuvent éclipser le Soleil vu de Mars, bien qu'elles ne peuvent couvrir complètement son disque et que l'événement est donc un transit, plutôt que d'une éclipse. Pour une description détaillée de ces événements consultez les articles Transit de Phobos depuis Mars et Déimos (lune).
La Terre est visible de Mars comme une étoile double, la Lune sera visible à ses côtés comme un compagnon moins lumineux. La distance maximale apparente entre la Terre et la Lune serait d'environ 25', à la conjonction inférieure de la Terre et du Soleil (pour l'observateur terrestre, c'est l'opposition de Mars et le Soleil). Près de l'élongation maximale (47,4°), la Terre et la Lune brilleraient d'une magnitude apparente de -2,5 et +0,9, respectivement.
Vénus, vue de Mars (quand elle est près de son élongation maximum du Soleil de 31,7°) aurait une magnitude apparente d'environ -3,2.
De Phobos, Mars apparaît 6400 fois plus grande et 2500 fois plus brillante que la pleine lune vue de la Terre, prenant un quart de la largeur d'un hémisphère céleste.
De Déimos, Mars apparaît 1000 fois plus grande et 400 fois plus brillante que la pleine lune vue de la Terre, prenant un onzième de la largeur d'un hémisphère céleste.