[[1959]]. [[október 4.|október 4-én]] a [[Bajkonuri űrrepülőtér]] indítóállomásról egy párhuzamos elrendezésű, [[Vosztok hordozórakéta|Vosztok hordozórakétával]] indították pályára. Közvetlen felemelkedéssel érték el a [[kozmikus sebességek|szökési sebesség]]et.
Energiaellátásáról napelemek segítségével töltött kémiai [[Akkumulátor (energiatároló)|akkumulátorok]] gondoskodtak. A szonda tömege 279 kilogramm, hossza 1,3 méter, maximális átmérője 1,2 méter volt, felületén helyezték el a napelemeket. Felszerelése, műszerezettsége megegyezikmegegyezett a [[Luna–1]], [[Luna–2]] szondávalszondákéval. [[Október 6.|Október 6-án]] {{szám|6200}} kilométerrel a Hold mellett elhaladva folyamatosan készített felvételeket. [[Október 7.|Október 7-én]], a pályaelemeknek köszönhetően {{szám|65200}} kilométerről 40 perc alatt 29 fényképet készített a Hold rejtett oldaláról, átfogva a felület 70 százalékát. A panorámaképeket 200 milliméteres, a részletes felvételeket 500 milliméteres objektívvel készítették. A képeket szabványos 35 mm-es méretű, azonban speciális magas hőmérsékletnek ellenálló filmre készítették, majd előhívás és száradás után tv-kamerával elektronikus jelekké alakították, és így küldték vissza a Földre. [[Október 10.|Október 10-én]] {{szám|480000}} kilométer távolságba került a Földtől. [[Október 18.|Október 18-án]] visszatérve a Hold közelébe további 17 felvételt készítkészített, majd a rendszerrel megszakadmegszakadt a kapcsolat. A műhold a gravitációs hatások miatt tovább kering,keringett; egy keringés periódusa 15 nap, 7 óra és 30 perc volt. A Föld-Hold rendszerben végzett 11 fordulatot követően a Föld légkörébe belépve elégett.
