Astronomi adalah studi tentang benda-benda langit dan fenomena-fenomena yang berasal dari luar atmosfer bumi. Istilah astronomi berasal dari bahasa Yunani; astron yang artinya bintang dan nomos yang berarti hukum. Astronomi mencakup semua studi tentang bintang-bintang, planet-panet, galaksi, komet, medium antarbintang, maupun struktur skala besar alam semesta, serta hukum alam yang mengatur objek-objek langit tersebut. Astronomi juga berkaitan dengan kimia dan meteorologi dari objek-objek yang berkenaan dengan bintang, fisika gerak, dan evolusi alam semesta melalui waktu.
Sejak kebudayaan kuno, manusia sudah terpesona dengan langit malam. Oleh karenanya, studi tentang langit dijadikan sebagai ilmu formal yang berakibat pada berkembangnya astronomi sebagai salah satu ilmu paling awal dalam kebudayaan kuno. Pekerjaan para astronom pada masa itu lebih berfokus pada pengamatan dan prediksi akan gerakan benda langit yang terlihat dengan mata telanjang. Awal kebudayaan Yahudi, Cina, dan lainnya menetapkan kalender berdasarkan pengamatan dan perhitungan siklus bulan yang sangat penting untuk menentukan musim, dan mengetahui kapan waktu yang tepat untuk mulai bercocok tanam. Bahkan, pada tahun 1000 SM, para astronom Cina sudah mampu menghitung kemiringan sumbu Bumi relatif terhadap bidang orbit di sekitar Matahari.
Sebuah revolusi dalam astronomi dan sains ditandai oleh proposal dari seorang astronom Polandia bernama Nicolaus Copernicus dalam bukunya yang berjudul De revolutionibus orbium coelestium (On the revolutions of the heavenly sphere; tentang revolusi bola surgawi). Copernicus mengusulkan bahwa bumi bukanlah pusat alam semesta sebagaimana yang dipercayai oleh kebanyakan ilmuwan-ilmuwan sebelumnya. Sebaliknya, justru bumi dan planet-planet lain yang bergerak mengelilingi (mengorbit) matahari.
Peralihan astronomi dari periode klasik ke periode modern ditandai dengan ditemukannya teleskop pada akhir abad ke-16. Beberapa sarjana Islam awal telah mendeskripsikan lensa optik untuk teleskop, tetapi teleskop pertama datang dari Belanda - dibuat oleh pembuat kacamata Hans Lippershey dan Zacharias Janssen dari Middleberg, serta Jacob Matius dari Alkamaar. Pada tahun 1602, Galileo Galilei; seorang fisikawan dari Italia memperbaiki desain ini dan menghasilkan teleskop yang membuatnya mendapat julukan bapak astronomi observasional. Desain Galileo selanjutnya diperbaiki oleh fisikawan Inggris Sir Isaac Newton pada tahun 1668.
Seorang filsuf dan astronom Jerman; Johannes Kepler menjelaskan dan menyempurnakan lebih jauh hukum gerak planet dalam apa yang kemudian dikenal orang sebagai ketiga hukum Kepler. Hukum-hukum Kepler akan benda langit digunakan lebih lanjut oleh Newton dalam hukum gravitasi universalnya, yang digunakan sebagai prediksi umum untuk menjelaskan sebagian besar proses yang digerakkan oleh gravitasi; setidaknya untuk skala yang tidak terlalu besar. Untuk prediksi yang lebih akurat dan mencakup ukuran objek yang lebih besar digunakan teori relativitas umum Einstein.
Bidang pengamatan astronomi didasarkan pada data yang diterima dari radiasi elektromagnetik benda-benda langit dan dibagi menjadi beberapa sub-bidang yang berbeda berdasarkan panjang gelombang yang dipelajari.
Astronomi radio berurusan dengan interpretasi radiasi yang diterima dari benda-benda langit di mana radiasi yang diterima memiliki panjang gelombang lebih dari satu milimeter - panjang gelombang ini disebut gelombang radio - dan biasanya digunakan untuk mempelajari supernova, gas antarbintang, pulsar, dan inti galaksi.
Astronomi inframerah bekerja dengan panjang gelombang inframerah (lebih panjang dari panjang gelombang cahaya merah), dan digunakan untuk mempelajari objek-objek seperti planet dan piringan lingkar bintang yang terlalu dingin untuk dipancarkan dalam panjang gelombang tampak dari spektrum elektromagnetik.
Panjang gelombang inframerah yang lebih panjang mampu menembus awan debu, sehingga astronomi inframerah juga berguna untuk mengamati proses seperti pembentukan bintang di awan molekuler dan inti galaksi yang terhalang dari pengamatan pada panjang gelombang cahaya tampak.
Selanjutnya, Astronomi optik; yaitu bentuk pengamatan astronomi tertua yang menggunakan cahaya yang direkam dari panjang gelombang cahaya tampak. Kemudian astronomi ultraviolet (pengamatan dalam panjang gelombang ultraviolet) digunakan untuk mempelajari radiasi termal dan emisi garis spektral dari bintang biru panas, nebula planeter, supernova, dan inti galaksi aktif.