月球上的陨石坑大多分布在高地，直径超过半英里的约有10万个。这些陨石坑使月球表面显得跟地球表面完全相反，所以一直颇受注意。这些坑洞可能是圆形、多边形，或是不规则形，可能有外壁也可能没有。陨石坑的大小也很多样，最小的可能非常微小，最大的（例如南极的艾肯盆地）直径可达1500英里，深达7.5英里。有人曾经开玩笑地把月球表面比作瑞士奶酪，但即使是把月球表面的大小陨石坑好好分类，也让人眼花缭乱。
“陨石坑”这个词的用法其实也不大确定：陨石坑的英文crater原意为火山口，但月球上的陨石坑跟火山无关，也没有地球上的火山口那么深。现在我们已经用撞击坑（impact crater）来区分火山口和陨石坑了。望远镜问世之后，科学家很快就开始讨论伽利略比作“孔雀尾羽上的眼睛”的东西从何而来。
早期月球学学者认为，月球上的山脉边缘很锋利。
此插图取自华伦（H. D. Warren）的《天文学消遣》（Recreations in Astronomy，1879）。英国皇家学会罗伯特·胡克（Robert Hooke，1635—1703）首先提出自己的看法。《显微图谱》（Micrographia，1665）的主题是胡克使用显微镜时的发现，但他把月球陨石坑比作地球上的火山口，因此认为它出自月球内部。
他曾经把火枪子弹抛入湿黏土中，产生类似月球陨石坑的凹洞。
18世纪末，天文学家弗朗兹·艾皮努兹（Franz Aepinus of Saint Petersburg）也推论月球陨石坑源自火山，并进一步猜测，盆地是火山形成过程的第一个阶段。喷出物质在他称为“莫菲塔”（molfetta）的坑洞周围，形成中央山丘。艾皮努兹描述月球表面时，写下了史上最极端的月球火山作用描述。
1778年，威廉·赫歇尔爵士为月球火山作用理论，添加了进一步的细节。他认为“新月的阴暗部分，有三座火山在三个不同的位置。其中两座不是已经接近熄灭，就是即将喷发，可能下个阴历月就能确定。第三座火山呈现出实际喷发的火焰或发光物质”。
从现代的观点看来，似乎很难了解，当时为什么没有人质疑月球陨石坑源自火山。这个结构虽然比地球上的火山口大上许多，但透过早期望远镜看来，确实很像火山口，尤其是周围环绕着一圈山丘的维苏威火山。观察在斜射阳光下阴影格外夸张的月球，再描绘出观察结果，图中会出现陡峭的山峰，但这些山峰其实根本不存在。此外，18世纪的科学也不了解月球真正的起源。最后，人类历史上，从来没有人目睹过流星坠落并造成陨石坑。
当时连流星是否存在都还有争议，但在1803年7月26日中午过后，惊天动地的大事发生了。在法国诺曼底的莱格尔村（L'Aigle）附近，有数百人目睹了多达数千枚的陨石雨。这阵陨石雨，不仅消除对于“陨石是否来自地球之外”的所有质疑，也证实了确实可能有陨石撞击事件。
不久之后，1807年12月14日，两位耶鲁大学教授记录了美国康涅狄格州的韦斯顿陨石（Weston meteorite），这是美国历史上第一枚有记录的陨石。据说当时的美国总统杰斐逊曾说：“我宁愿相信两位耶鲁大学教授说谎，也不愿相信石头会从天而降。”
但“石头可能从天而降”这事，并没有让人们立刻联想到月球的陨石坑是这么来的。赫歇尔爵士，仍然把月球陨石坑比作法国和意大利的火山，并且强调“简而言之，它们完完全全具备火山的特质，与我们在维苏威火山口看见的，完全相同。而在某些大坑中，使用高倍率望远镜可以清楚看出，喷出物反复沉积造成的火山地层明确特征”。
19世纪70年代，普罗克特提出，月球陨石坑是月球“处于可塑状态”时由陨石造成。
“这个说法乍看之下，十分荒唐古怪，竟然认为月球上的大量陨石坑，尤其是使用高倍率望远镜时看见的无数小陨石坑，都是陨石雨打出来的。我当然也不想把它视为真实的陨石坑起源理论。不过有一点必须记住，就是目前为止，还没有看来可信的理论，可以解释月球表面这些引人注目的特征”。
普罗克特想象，“在陨石大量坠落产生的极度高热下，月球表面一大片圆形区域变成液态，在陨石坠落造成的环形波影响下快速凝固，就造成了现在这种状况”。
美国亚利桑那州的巴林杰陨石坑有个“以退为进”的方法，那就是我们需要在地球上进行更多研究，以解释月球上的陨石坑。
曾在美国地质勘探局工作的地形学家葛罗夫·卡尔·吉尔伯特（Grove Karl Gilbert，1843—1918），开始研究亚利桑那州沙漠砂岩中的浣熊山（Coon Mountain，后来改名为大陨石坑）。他比较陨石坑和坑边物质的体积后，误判陨石不可能造成这个巨坑。就算陨石坑附近已经发现陨石碎片，他也无法接受，还宣称这些陨石是巧合。
现在我们知道，5万年前，有一块重达63000吨的巨大石块，以每小时超过4万千米的高速撞击地球后爆炸，速度大约是子弹的50倍。1883年，印度尼西亚喀拉喀托岛上的火山发生剧烈喷发的10年之后，吉尔伯特把研究重点转移到月球。讽刺的是，他坚定地认为，月球陨石坑其实是陨石撞击所形成的。
根据当时的普遍想法，从不同角度撞击月球的陨石，应该会形成椭圆形或“拉长”的陨石坑。那么吉尔伯特如何解释陨石坑的轮廓接近正圆呢？他在实验室的控制环境下抛出黏土球，发现撞击疤痕的外观，不仅取决于黏土球撞击目标的角度，还有物质黏性和撞击速度。他表示，结果可以说明月球表面的撞击坑洞为何大致呈圆形。不过这个领域的科学家大多觉得它太前卫，新理论还需要一段时间来取得信赖。
业余天文学家拉尔夫·鲍德温（Ralph B. Baldwin）提出了月球陨石坑出自撞击的进一步证据。他仔细检视月球照片，一直很好奇那些直线形山谷或沟槽，如何朝雨海中央延伸。后来他断定，它们一定是庞大的岩石层因剧烈爆炸而形成。第二次世界大战后，他对照月球陨石坑的深度直径值，和炸弹爆炸造成的弹坑，发现它们的特性类似。他列出地球上大约50种地层的清单，其中大多数后来证实源自撞击。
鲍德温在《月亮的脸》（The Face of the Moon，1949）中写道：“所有观测结果都指出，绝大多数月球陨石坑诞生自巨大爆炸，这类爆炸的原因，是庞大的陨石撞击和急速停止，月球外壳的主要特征决定在其卫星生命最初的1/4。”此外他也发现，冲击波的对称特性使陨石坑变成圆形。鲍德温研究他的假说时，一定已经知道广岛和长崎的原子弹，但我们只能猜测或许这个知识对他有什么影响。
虽然他的书销售业绩不佳，但恰好被一些科学家注意到，现在普遍被视为月球科学史上最重要的一本著作。