相對嫦娥一號來說，嫦娥二號做了多方面改進和提高，主要表現在8個方面：

（1）嫦娥二號與嫦娥一號的軌道設計不同，嫦娥二號將新開闢地月之間的“直航航線”，即直接發射至地月轉移軌道，這將使嫦娥二號的地月飛行時間大大縮短；

（2）嫦娥二號衛星將在距月球表面約100千米高度的極軌軌道上繞月執行，較嫦娥一號距月表200千米的軌道要低，有利於對重點地區做出精細測繪；

（3）嫦娥二號直飛月球的方式對運載火箭的入軌精度和入軌速度提出了更高要求，執行此次任務長征三號丙火箭，較之前護送嫦娥一號上天的長征三號甲火箭增加了兩個助推器；

（4）為了獲得著陸區的精細地形資料，嫦娥二號鐳射高度計在月面上留下的“鐳射足印”間距更小，鐳射測距精度也可達5米，從而獲得月球上幾個重點區域的高密度高程測量資料；

（5）嫦娥二號所攜帶的CCD立體相機的空間解析度由嫦娥一號時期的120米左右提高到小於10米，其他探測裝置也將有所改進，所探測到的有關月球的資料將更加詳實；

（6）嫦娥二號的主要科學目標是對月球著陸區和其他重點區域進行精細測繪、立體成像，精細探測月面的元素成分與分佈，月壤的電磁特性、粒度緯度和月壤層厚度，近月空間的環境等。嫦娥二號將獲得的這些更高空間解析度的探測資料可以與嫦娥一號的探測資料進行互相校核；

（7）嫦娥二號將演練嫦娥三號軟著陸前的15千米100千米橢圓軌道，這是探月衛星首次如此近地接近月表；

（8）根據月球探測二期工程的要求，新增了X頻段的測控，使得中國深空測控通訊能力將擴充套件到“地球——火星”間的距離。