Marsjańską Twarz sfotografowano w regionie Cydonia Planitia, który znajduje się między równiną Acidalia Planitia a wyżyną Arabia Terra. Uważa się, że miliardy lat temu Acidalia Planitia była ogromną przestrzenią wodną, a Cydonia była wybrzeżem znajdującym się na południowo-wschodnim brzegu owego akwenu.
Obszar Cydonia stał się znany, gdy 25 lipca 1976 został po raz pierwszy sfotografowany przez przelatującą 1860 km nad jego powierzchnią sondę Viking 1, a JPL sześć dni później opublikowało zdjęcia w prasie. Wtedy zauważono długą na 3 kilometry i wysoką na 240 metrów strukturę geologiczną, którą media powiązały z wizerunkiem ludzkiej twarzy. Późniejsze zdjęcia wykonane z orbitera Mars Global Surveyor nie były już jednak tak przekonujące.
Powszechnie uważa się, że jest to iluzja optyczna, gra świateł i cieni. Widzenie ludzkiej twarzy jest efektem pareidolii, zjawiska, dzięki któremu ludzki mózg ma tendencję do rozpoznawania kształtów ludzi i zwierząt w nietypowych kształtach elementów krajobrazu. Pierwsze zdjęcie wykonano, gdy Słońce było nisko nad horyzontem.