Автоматическая станция «Луна-12» по конструкции и составу оборудования аналогична станции «Луна-11».
По результатам полета «Луны-11» на станции «Луна-12» была доработана система дренажных клапанов и установлена автономная система стабилизации с повышенной тягой сопел, обеспечившая доворот на заданный угол и стабилизацию КА после окончания торможения.
Космический аппарат был предназначен для выхода орбиту искусственного спутника Луны и проведения исследований Луны и окололунного пространства, включая съемку лунной поверхности.
Автоматическая станция «Луна-12» была запущена 22 октября 1966 года с помощью ракеты–носителя «Молния–М». Старт к Луне осуществлялся с промежуточной околоземной орбиты.
На трассе перелета 23 октября была проведена коррекция траектории.
При подлете к Луне 25 октября была штатно построена лунная вертикаль, и включена двигательная установка на торможение. По окончании торможения станция «Луна-12» вышла на орбиту искусственного спутника Луны со следующими параметрами: высота в апоселении 1742 км (1720 км по расчету), в периселении 103 км (100 км), наклонение 36,6° и период орбиты 205,3 минуты (203,78 минуты).
Через ~2 часа после торможения были включены фототелевизионные установки, которые проработали 64 минуты. По результатам съемки на Землю было передано 28 снимков с ФТУ–Б и 14 снимков с ФТУ–М нормального качества. Информации со спектрофотометра УС-3 получено не было по причине неисправности прибора.
Автоматическая станция «Луна-12» проработала на окололунной орбите 86 суток, при этом программа полета станции была выполнена полностью.
В состав радиокомплекса РК–Д входили две фототелевизионные установки: ФТУ–Б с высоким разрешением (фокусное расстояние объектива 500 мм) и ФТУ–Б с низким разрешением (фокусное расстояние объектива 110 мм) для «привязки» к местности детальных изображений участков лунной поверхности. Запас пленки (42 кадра) на каждом ФТУ был рассчитан на один сеанс съемки (64 минуты) сразу после торможения. Размер кадра 24 на 24 мм. Размер изображения 1100 на 1100 элементов. Время передачи на Землю одного кадра 17 минут.
На борту «Луны-12» был также установлен экспериментальный редуктор Р-1, предназначенный для проверки работоспособности зубчатых пар и подшипников качения в космических условиях с целью последующего использования результатов при создании «Луноходов».
