Η αστρονομία είναι η μελέτη των ουράνιων αντικειμένων, φαινομένων και προέλευσης. Μια από τις παλαιότερες επιστήμες, η αστρονομία ασκείται από την προϊστορική εποχή. Η σύγχρονη αστρονομία εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από αποδεκτές φυσικές θεωρίες, όπως οι νόμοι της κίνησης του Νεύτωνα και η γενική σχετικότητα. Στο παρελθόν, η αστρονομία ήταν κάτι που μπορούσε να κάνει ο καθένας, και πολλοί μάντες και σοφοί έκαναν τη φήμη τους χρησιμοποιώντας τα αστέρια για χρήσιμες λειτουργίες, όπως να λένε ποια εποχή του χρόνου είναι ή να πλοηγούν στις θάλασσες. Ο Κολόμβος και οι σύγχρονοί του χρησιμοποίησαν τα αστέρια για να περιηγηθούν στον Ατλαντικό ωκεανό.
Μόλις την Αναγέννηση η θεωρία της ηλιοκεντρικότητας στην αστρονομία, η ιδέα ότι η Γη περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο και όχι το αντίστροφο, άρχισε να αποκτά δημοφιλές νόμισμα. Τα ανακλαστικά τηλεσκόπια εφευρέθηκαν στις αρχές του 1600 και ο Galileo Galilei τα χρησιμοποίησε για να κάνει λεπτομερείς παρατηρήσεις της Σελήνης μας, που αποκάλυψε ότι ήταν ορεινή, και να παρατηρήσει τα τέσσερα μεγαλύτερα φεγγάρια του Δία, που τώρα ονομάζονται φεγγάρια του Γαλιλαίου προς τιμήν του. Ο Νεύτωνας βελτίωσε τη σχεδίαση του Galileo, εφευρίσκοντας το ανακλαστικό τηλεσκόπιο, το οποίο εξακολουθεί να χρησιμοποιείται στα οπτικά τηλεσκόπια μέχρι σήμερα.
ΤΟ 1781, ο Sir William Herschel ανακάλυψε τον πλανήτη Ουρανό. Το 1838, η παράλλαξη – η μικρή διαφορά στη θέση των άστρων λόγω της θέσης της Γης στην τροχιά της – χρησιμοποιήθηκε για τον ακριβή προσδιορισμό της απόστασης των αστεριών. Ο Ποσειδώνας ανακαλύφθηκε λίγο αργότερα. Ο Πλούτωνας ανακαλύφθηκε μόλις το 1930.
Η σύγχρονη αστρονομία είναι πολύ περίπλοκη και ακριβή. Αντί να παρατηρούμε μόνο ακτίνες φωτός, παρατηρούμε ραντάρ, υπέρυθρες, ακτίνες Χ, ακόμη και κοσμικές ακτίνες. Τα τροχιακά παρατηρητήρια όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble έχουν παράγει τις καλύτερες εικόνες, περιλαμβάνουν φωτογραφίες εξαιρετικά υψηλής ανάλυσης άλλων γαλαξιών.
Στα μέσα του 20ου αιώνα, ανακαλύφθηκε ότι το σύμπαν διαστέλλεται. Αυτό, μαζί με άλλα στοιχεία, οδήγησε στη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, ότι ολόκληρο το σύμπαν ξεκίνησε ως ένα σημειακό σωματίδιο ακραίας πυκνότητας. Οι μεταγενέστερες παρατηρήσεις του κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου το επιβεβαίωσαν και η Μεγάλη Έκρηξη συνεχίζεται ως η κύρια θεωρία της κοσμολογικής προέλευσης μέχρι σήμερα.
Το μέλλον της αστρονομίας έγκειται στην ανάπτυξη νέων τεχνολογιών παρατήρησης. Ένα ενδιαφέρον είναι η συμβολομετρία, που μερικές φορές ονομάζονται «υπερτελεσκόπια», τα οποία χρησιμοποιούν ένα δίκτυο τηλεσκοπίων που συνεργάζονται για την επίλυση εικόνων. Αυτά θα μπορούσαν να αναπτυχθούν σε σημείο που μπορούμε να παρατηρήσουμε εξωηλιακούς πλανήτες με τηλεσκόπια απευθείας, αντί να τους ανιχνεύουμε απλώς από τη βαρυτική τους υπογραφή.