Khoảng cách trung bình từ Sao Hỏa đến Mặt Trời vào khoảng 230 triệu km (1,5 AU) và chu kỳ quỹ đạo của nó bằng 687 ngày Trái Đất. Ngày mặt trời (viết tắt sol) trên Sao Hỏa hơi dài hơn ngày Trái Đất và bằng: 24 giờ, 39 phút, và 35,244 giây. Một năm Sao Hỏa bằng 1,8809 năm Trái Đất; hay 1 năm, 320 ngày, và 18,2 giờ.[6]

Độ nghiêng trục quay bằng 25,19 độ và gần bằng với độ nghiêng trục quay của Trái Đất.[6] Kết quả là Sao Hỏa có các mùa gần giống với Trái Đất mặc dù chúng có thời gian kéo dài gần gấp đôi trong một năm dài hơn. Hiện tại hướng của cực bắc Hỏa Tinh nằm gần với ngôi sao Deneb.[10] Sao Hỏa đã vượt qua cận điểm quỹ đạo vào tháng 3 năm 2011 và vượt qua viễn điểm quỹ đạo vào tháng 2 năm 2012.[113]

Sao Hỏa có độ lệch tâm quỹ đạo tương đối lớn vào khoảng 0,09; trong bảy hành tinh còn lại của hệ Mặt Trời, chỉ có Sao Thủy có độ lệch tâm lớn hơn. Các nhà khoa học biết rằng trong quá khứ Sao Hỏa có quỹ đạo tròn hơn so với bây giờ. Cách đây khoảng 1,35 triệu năm Trái Đất, Sao Hỏa có độ lệch tâm gần bằng 0,002, nhỏ hơn nhiều so với Trái Đất ngày nay.[114] Chu kỳ độ lệch tâm của Sao Hỏa bằng 96.000 năm Trái Đất so với chu kỳ lệch tâm của Trái Đất bằng 100.000 năm.[115] Sao Hỏa cũng đã từng có chu kỳ lệch tâm bằng 2,2 triệu năm Trái Đất. Trong vòng 35.000 năm trước đây, quỹ đạo Sao Hỏa trở lên elip hơn do ảnh hưởng hấp dẫn từ những hành tinh khác. Khoảng cách gần nhất giữa Trái Đất và Sao Hỏa sẽ giảm nhẹ dần trong vòng 25.000 năm tới.[116]