Dự án Mars 96 được khởi động từ năm 1989. Mọi chuẩn bị đã hoàn tất vào giữa năm 1996. Tàu Mars 96 được phóng tại Baikonur, Nga, ngày 16 tháng 11 năm 1996 vào 20:48:53 UTC. Sau khi phóng, tàu đã đi vào quỹ đạo bay quanh Trái Đất, nhưng đã không đi vào quỹ đạo hướng đến Sao Hỏa và sau đó đã rơi trở lại khí quyển Trái Đất vào khoảng từ 00:45 đến 01:30 UT ngày 17 tháng 11 năm 1996 rồi đâm xuống một vùng biển rộng chừng 320 km nhân 80 km ở Thái Bình Dương, gần Chilê và Bolivia.

Nguyên nhân là tầng tên lửa Proton thứ 4, "Block D", đã không được bật cháy lần thứ hai, vì lý do chưa biết. Tàu Mars 96 tự động rời tên lửa theo một chương trình đã định trước và tự động bật tên lửa của nó, với ý định hướng đến Sao Hỏa. Nhưng do Block D không cháy như dự định, tàu Mars 96 bị lái mình về khí quyển Trái Đất và nhanh chóng hết nhiên liệu sau khi quay một vòng quanh Trái Đất. Block D sau đó cũng được bật cháy nhưng đã quá muộn.

Một số báo chí thời đó lan truyền về khả năng một khối Plutoni trong máy phát điện sẽ rơi vào Trái Đất cùng tàu Mars 96, tuy nhiên sự nguy hiểm đã không xảy ra.