Chroniques martiennes conte l'histoire des premiers colons terriens vers la planète Mars. La très ancienne civilisation martienne, sur le déclin, finit par disparaître devant l'arrivée de plus en plus massive des hommes de la Terre. À cause d'une guerre qui se déclare sur leur planète d'origine, les hommes repartent et abandonnent Mars, excepté une poignée d'entre eux.
Ce livre a fait l'objet, en 1980, d'une adaptation télévisuelle du même nom sous le forme d'un feuilleton en trois parties, réalisé par Michael Anderson sur un scénario de Richard Matheson, avec notamment Rock Hudson, Roddy McDowall, Barry Morse, Laurie Holden.
Dans la série télévisée Ray Bradbury présente – ou Le Monde fantastique de Ray Bradbury – (The Ray Bradbury Theater), plusieurs nouvelles des Chroniques martiennes sont adaptées : La Troisième Expédition sous le titre Le Paradis sur Mars (épisode 31), Usher II (épisode 35), Et la lune toujours brillante... sous le titre Et la lune brillera (épisode 37), Les Longues Années (épisode 41), Les Hommes de la Terre (épisode 43), Le Martien (épisode 50) et Les Villes muettes (épisode 62).
La Nuit d'été est adaptée en 1952 pour la série télévisée Suspense (épisode 136).
Le Martien fait l'objet d'un court métrage en 1965 par le réalisateur espagnol Francisco Montolio sous le titre El Martiano.
Il viendra des pluies douces est adapté en court-métrage d'animation en 1984 par le réalisateur ouzbek Nazim Tulyakhodzayev.
Les Chroniques martiennes, dans une adaptation de Louis Pauwels, font l'objet d'une version télévisée réalisée par Renée Kammerscheit et diffusée le 13 décembre 1974 sur la chaîne FR3. Interprètes : Guy Shelley, Jean-José Fleury, Jean-Claude Amyl, Virginie Billetdoux, Olivier Sidney.
Ray Bradbury a lui-même adapté son récit pour le théâtre.
En France, Louis Pauwels signe une adaptation théatrale avec Jean-Louis Barrault en 1966. Elle est reprise en 1974 par le Théatre Poétique National, compagnie Guy Shelley, et mise en scène par Jean-Claude Amyl au Théatre de l'Église Saint-Roch à Paris, avec une musique « martienne » empruntée à la composition Lord of the Rings de Bo Hansson (thème The Old Forest pour l'épisode Ylla). La même année, cette adaptation fait l'objet d'une version télévisée diffusée le 13 décembre 1974 sur la chaîne FR3, réalisée par Renée Kammerscheit.
Le journal américain Los Angeles Times a publié dans ses pages une bande dessinée inspirée des Chroniques martiennes en 1975.
En juin 1994, c'est Topps Comics qui édite une bande dessinée d'après le livre.
L'acteur Jean-Marc Tennberg a enregistré un livre disque de la nouvelle Avril 2005 : Usher II sous le titre Chroniques martiennes Usher 2 aux Éditions Disques JMT coll. Chefs d'œuvre de l'Imaginaire.
Il n' y a pas de personnage principal dans les Chroniques martiennes. Comme il s'agit d'un recueil de nouvelles, chaque texte en présente de nouveaux dont il n'est plus question par la suite. Cependant, quelques uns sont présents dans au moins deux nouvelles.
Les noms des membres des premières expéditions sont plusieurs fois cités (Nathaniel York, Williams, Spender...).