2007年12月17日，在嫦娥一号卫星任务工程目标圆满成功后，探月与航天工程中心组织各系统开展了备份星任务初步方案论证，并根据顺序命名原则，将备份星命名为嫦娥二号。
2008年6月24日，嫦娥二号卫星专题研究会召开。
2008年7月作为卫星研制方的中国空间技术研究院完成第二轮总体方案论证工作并上报探月与航天工程中心。嫦娥二号卫星最终被确定为以嫦娥一号卫星为基础，根据任务要求进行技术改进后，作为“探月二期工程先导星”，开展先期的飞行试验。
2008年 10月经国务院批准立项。
嫦娥二号卫星从任务设计开始，历经方案、初样、正样、发射实施等阶段，仅用了两年多时间，完成了研制与发射实施任务。2008 年，主要完成了整星方案设计，开展了顶层策划、技术状态清理及复核、总体规范制订等研制工作。开展了任务轨道设计、大系统间接口协调、分系统技术规范制订、X 波段应答机等新产品技术攻关和针对任务要求和环境变化的专项试验工作。
在顶层策划方面，完成了各阶段、各层级技术流程、专项试验、质量保证与风险控制等项目工作。卫星系统直接进入正样研制阶段；新研单机及技术试验分系统经历方案、初样、正样完整阶段；由于大部分单机为提高性能指标方面的修改类或新研类产品，故有效载荷分系统从初样起步。在关键技术攻关同时，设计、开展推进气路及490 N 发动机延寿、近月太阳翼高温适应性、时间延迟积分(TDI-CCD)相机速高比补偿等设计与验证方面的15 项专项试验。
2009 年，全面推进产品研制、系统集成和试验验证工作。完成了单机、技术试验和有效载荷两个分系统的初样研制，完成了速高比补偿对测定轨精度要求、15 km 轨道飞行大系统保证等专题协调，完成全部专项试验。完成了正样产品研制、总装、AIT 阶段电性能测试和软件/FPGA 落焊工作。并行开展了轨道设计、空间单粒子效应防护等质量复查和复核复算，补充了“轨道设计、飞行程序、虹湾成像、监视相机/紫外成像”等技术专题研究与协调。于2009 年8 月通过正样设计评审。2010 年，研制队伍完成了EMC、力学、热真空等大型试验，在卫星系统自身得到了全面、充分验证的基础上，完成了与运载对接、测控对接、大系统无线联试等大系统对接试验，验证了系统间接口的正确、匹配性，于2010 年6 月完成了质量复查和出厂评审。
2010 年7 月10 日，嫦娥二号卫星进入西昌卫星发射中心。
