打ち上げはモスクワ時間11日午前2時11分（現地時間、日本時間ともに午前8時11分）に行われ、9分後に地球の周回軌道に投入された。ルナ25号の月までの旅路は約5日間を予定。途中、1日半が経った時点と月の周回軌道投入の1日前の2回、ルート修正が行われる。
月に到着した後は、上空100キロの極地周回軌道に入り、ロケットシステムを使い3日間かけて減速する。その後、ステーションは最低高度18キロの楕円着陸軌道にまで高度を下げ、月の南極への着陸に臨む。
月面着陸はソ連時代の1976年以来、約半世紀ぶり。主要なミッションは、軟着陸技術の開発・実践、氷を含む月の土壌サンプルの採取・分析などとなっている。地球への帰還装置は備え付けていないが、月での活動期間は約1年を予定している。