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天文学( astronomy )，是一门自然科学，它运用数学、物理和化学等方法来解释宇宙间的天体，包括行星、卫星、彗星、恒星、星系等等，以及各种现象，如超新星爆炸、伽马射线暴、宇宙微波背景辐射等等。广义地来说，任何源自地球大气层以外的现象都属于天文学的研究范围。
物理宇宙学[1]与天文学密切相关，但它把宇宙视为一个整体来研究。
天文学有着远古的历史。自有文字记载起，巴比伦、古希腊、印度天文学、古埃及天文学、努比亚、伊朗、中国、玛雅以及许多古代美洲文明就有对夜空做详尽的观测记录。
天文学在历史上还涉及到天体测量学、天文航海、观测天文学和历法的制订，今则一般与天体物理学同义。
到了20世纪，天文学逐渐分为观测天文学与理论天文学两个分支。观测天文学以取得天体的观测数据为主，再以基本物理原理加以分析；理论天文学则开发用于分析天体现象的电脑模型和分析模型。两者相辅相成，理论可解释观测结果，观测结果可证实理论。
与不少现代科学范畴不同的是，天文学仍旧有比较活跃的业余社群。业余天文学家对天文学的发展有着重要的作用，特别是在发现和观察彗星等短暂的天文现象上。
历史
早期天文学只能对肉眼可见的天体作预测。某些古代文化建造过可能具有天文观测作用的巨大建筑物，除了可以举行仪式以外，还能用于判断季节、耕收的日期以及一年的时长。
在望远镜发明之前，人们只能用肉眼观察夜空。在美索不达米亚、古希腊、波斯、印度、中国、古埃及和中美洲等地，人们开始建造天文台，思索宇宙的本质。早期天文学以记录恒星和行星在天上的位置为主，今天这项范畴称为天体测量学。在这些观测的基础上，开始萌发出有关行星的运动、日月地在宇宙中的地位等的哲学思想。
理论天文学
理论天文学家的研究手段包括数学模型及用电脑做数值模拟，即天体物理学。数学模型一般能揭示天文现象背后更深层次的原理，数值模拟则可以演示现实中难以观察的现象。
天文学未解之谜
尽管随着天文学的惊人发展，人类已经对宇宙的认知有了翻天覆地的变化，但是在今天仍然有一些至关重要的天文学未解之谜。要解答这些谜题，有可能需要新的地面或太空观测仪器，乃至理论和实验物理上的新发展。
恒星质量分布从何而来？为什么不论初始条件如何，天文学家[2]都会观测到相同的初始质量函数？有待对恒星和行星的诞生过程有更深入的了解。
宇宙中是否存在其他生命体？是否存在其他智慧生物？如果存在，应如何解决费米佯谬？证实地球以外生物的存在，对许多科学和哲学问题有至关重要的意义。太阳系是平平凡凡，还是绝无仅有？
暗物质和暗能量的本质是什么？这两者在宇宙的发展和未来有着决定性作用，然而人类对它们的本质尚且一无所知。宇宙的终极命运是什么？
第一批星系是如何形成的？特大质量黑洞是如何形成的？
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