Источник питания марсохода — радиоизотопный, каким успешно пользовались спускаемые аппараты «Викинг-1» и «Викинг-2» — первые аппараты, работавшие на марсианской поверхности. 4,8 кг диоксида плутония-238 в виде 32 гранул могут бесперебойно кормить марсоход электричеством в течение как минимум 14 лет без серьезного снижения энергоотдачи.

Аппаратура, установленная на борту «Кьюриосити», соответствует целям миссии. Это и поиски следов жизни, и поиски соединений, необходимых (с точки зрения землян) для ее возникновения, в первую очередь воды. Также марсоход должен изучить геологическую и климатическую историю Марса, из-за чего и было выбрано место его посадки — кратер Гейла с горой Шарп посредине. В его огромной воронке хорошо просматриваются глубинные слои марсианского грунта, раскрывающие геологическую эволюцию поверхности планеты.

«Кьюриосити» отправился к Марсу в ноябре 2011 года. Пробыв в полете 264 земных суток, он благополучно совершил посадку: сначала спускаясь на парашюте, затем — резко затормозив реактивными двигателями, а в самом конце — с помощью «небесного крана», когда марсоход, освобожденный от капсулы, опускался на тросах, держащихся на «опоре» из четырех реактивных двигателей. Посадка была произведена точно в выбранном месте у подножия горы Шарпа, которое впоследствии назвали «Место посадки Бредбери» (Bradbury Landing) — в честь автора «Марсианских хроник».

После проверки работы всех систем и замены программного обеспечения с «посадочной» версии на «марсианскую» «Кьюриосити» начал свою многолетнюю одиссею.

Первым объектом изучения стал камень N165, который удостоился собственного имени — «Коронация». Марсоход облучал поверхность камня лазером и исследовал спектр выбитой с его поверхности светящейся ионизированной плазмы. Закончив с этим, он направился дальше, все еще тестируя свои системы, и 20 сентября приступил к исследованию куска породы размером 25 сантиметров в высоту и 45 сантиметров в ширину, который был назван «Джейк Матиевич» — в память о сотруднике НАСА, который работал над миссиями марсоходов и скончался вскоре после посадки «Кьюриосити», 20 августа 2012 года.

На следующий год «Кьюриосити» отправился к подножию горы Шарпа. Он скорее огибал гору, чем двигался непосредственно в ее направлении: во-первых, надо было обойти многочисленные песчаные дюны, чтобы не увязнуть там навсегда, как это случилось с ровером «Спирит». А во-вторых, слишком много на его пути встречалось интересного, чтобы не обратить на это внимания.

В декабре 2013 года журнал Science сообщил об обнаружении на Марсе следов древнего озера. Анализ осадочных пород в этом месте показал, что озеро это существовало 3,6 миллиарда лет назад и предположительно было пресноводным. В дальнейшем марсоход часто натыкался на следы озер и ручьев, были даже обнаружены следы сравнительно недавнего выхода воды на поверхность. Правда, ни тогда, ни позже «Кьюриосити» не обнаружил следов существования каких-либо марсианских микроорганизмов, так что и по сегодняшний день можно говорить лишь о том, что на Марсе были все условия для зарождения жизни, но вот зародилась она там или нет, по сей день остается большим вопросом.

Любопытство, как известно, сгубило кошку, но марсоходу подарило почти три жизни: расчетный период работоспособности «Кьюриосити» оценивался в один марсианский год, равный 686 земным суткам, так что до полноценных трех жизней ему остается протянуть еще 232 дня.

Прожив почти в три раза больше отмеченного ему срока, марсоход не превысил заложенной в его программу дальности своего путешествия. Предполагалось, что за марсианский год он покроет расстояние в 15—20 км, но оказалось, что спустя даже пять земных лет он прошел чуть больше 17 км. Виной всему этому были не ошибки или неполадки в его системах, а обыкновенное любопытство — он часто останавливался или даже возвращался назад.

Время на Марсе не прошло для «Кьюриосити» без последствий: с самого первого года его преследовали разного рода поломки, которые, к счастью, пока не отразились летально на его работоспособности. Но марсоход не только портится, но и развивается. Например, в 2015 году инженеры НАСА оснастили его неким подобием искусственного разума. Они загрузили в компьютер «Кьюриосити» прошивку, которая сделала его более самостоятельным в те моменты, когда его связь с Землей нарушается.

С помощью AEGIS (Autonomous Exploration for Gathering Increased Science) марсоход может самостоятельно выбирать камни для проведения исследований. При этом камеры марсохода будут сканировать окружение, подбирать подходящие для анализа горные породы, чтобы затем испарять их лазером, а затем исследовать выделившийся при испарении газ.

В настоящее время марсоход занят исследованием находящейся у подножия горы Шарпа гряды Веры Рубин, состоящей из нескольких возвышенностей различной высоты. Он изучает состав пород этой гряды, куда в частности входит и гематит — порода, состоящая из окислов трехвалентного железа. На Земле этот минерал образуется только в водной среде, поэтому присутствие его на Марсе подтверждает версию о том, что там когда-то был по меньшей мере один океан.