Миссия «Венера-Д» предполагает длительное исследование Венеры с использованием широкого спектра научной аппаратуры, которая будет установлена на орбитальный, атмосферные и посадочный аппараты.

Цель проекта — продолжение на новом техническом уровне исследований, проводившихся в 1960—90-е годы советскими и американскими космическими станциями. За эти годы накоплен большой объем данных, касающихся строения и состава атмосферы, облачного слоя, скоростей ветра, состава грунта на поверхности планеты. Однако многие вопросы, связанные с динамикой атмосферы, проблемами суперротации, гигантского парникового эффекта, эволюции Венеры и другие остались нерешенными.

Исследования, проводимые комплексом «Венеры-Д», являются уникальными и не решаются другими заявленными на следующее десятилетие иностранными миссиями.