Автоматическая станция отправлена к Луне ракетой-носителем «Чанчжэн-5», самой мощной из китайских ракет — она способна конкурировать с российской «Ангарой-А5», превосходит европейскую Ariane-6, но уступает по грузоподъемности американской Vulcan. Ракета имеет модульную структуру и может использоваться в двух-, трех- и четырехступенчатых конфигурациях. В этот раз был выбран трехступенчатый вариант, что позволяет доставить космический аппарат на окололунную орбиту.

Миссия «Чанъэ-6» включает 4 основных модуля: орбитальный, посадочный, взлетный и капсулу для возврата образцов. После достижения Луны посадочный модуль совершит прилунение в бассейне Южный полюс–Эйткен, который является одним из крупнейших лунных кратеров, возникших четыре миллиарда лет назад в результате столкновения небесного тела с Луной. Здесь аппарат соберет около 2 килограммов образцов камней и реголита.

После сбора образцов взлетный модуль доставит их на окололунную орбиту, где они будут перегружены в орбитальный модуль. Затем орбитальный модуль отправится обратно к Земле, и перед прибытием отделит капсулу с образцами, которая войдет в атмосферу и приземлится на территории Китая. Общая продолжительность миссии составит 53 дня.

Проект «Чанъэ-6» является примером международного научного сотрудничества — в рамках миссии используются научные приборы, предоставленные агентствами и научными институтами Франции, Швеции и Италии. Кроме того в качестве сопутствующего груза ракета вывела на орбиту пакистанский кубсат ICUBE-Q для научных исследований. Важным аспектом экспедиции является изучение межзвездных ионов и радонового газа, что поможет ученым лучше понять условия на Луне и процессы, происходящие на ее поверхности.