La astronomía es una de las pocas ciencias en las que los aficionados aún pueden jugar un papel activo, especialmente en el descubrimiento y seguimiento de fenómenos como curvas de luz de estrellas variables, descubrimiento de asteroides y cometas etc. No debe confundirse la astronomía con la astrología, pseudociencia que afirma que el destino de las personas y de los asuntos humanos en general se encuentran relacionados con las posiciones aparentes de los cuerpos astronómicos en el cielo. Aunque ambos campos comparten un origen común, son muy diferentes; los astrónomos siguen el método científico, mientras que los astrólogos no. Además los astrólogos no han asumido todavía la precesión de los equinoccios, un descubrimiento que se remonta a Hiparco.

La historia de la astronomía es tan antigua como la historia del ser humano. Antiguamente, la astronomía se ocupaba solamente de la observación y predicciones de los movimientos de los objetos visibles a simple vista, quedando separada durante mucho tiempo de la Física. Se dividió la bóveda celeste en constelaciones llamando constelaciones zodiacales a las doce que marcan el movimiento anual del Sol en el cielo. Los antiguos griegos hicieron importantes contribuciones a la astronomía, entre ellas, la definición de magnitud.

La astronomía observacional estuvo casi totalmente estancada en Europa durante la Edad Media, pero floreció en el mundo con el Imperio Persa y el Islam. A finales del siglo IX, el astrónomo persa al-Farghani escribió ampliamente acerca del movimiento de los cuerpos celestes. Su trabajo fue traducido al latín en el siglo XII. Al final del siglo X, un gran observatorio fue construido cerca de Teherán (Irán), por el astrónomo persa al-Khujandi, quien observó una serie de pasos meridianos del Sol, lo que le permitió calcular la inclinación de la eclíptica.

calendario que es más preciso que el calendario juliano acercándose al Calendario Gregoriano. Abraham Zacuto fue el responsable en el siglo XV de las adaptaciones de las teorías astronómicas para las necesidades prácticas de la navegación en las exploraciones portuguesas.

Durante siglos, la visión de aparente sentido común de que el Sol y otros planetas giraban alrededor de la Tierra no se cuestionó, hasta que durante el Renacimiento, Nicolás Copérnico propuso el modelo heliocéntrico del Sistema Solar. Su trabajo fue defendido, divulgado y corregido por Galileo Galilei y Johannes Kepler.

Galileo añadió la novedad del uso del telescopio para mejorar sus observaciones. La disponibilidad de datos observacionales precisos llevó a indagar en teorías que explicasen el comportamiento observado. Al principio sólo se obtuvieron reglas ad-hoc, cómo las leyes de movimiento planetario de Kepler, descubiertas a principios del siglo XVII. Fue Isaac Newton, con la idea de extender a los cuerpos celeste la gravedad terrestre (Ley de la gravitación universal) el inventor de la mecánica celeste el que explicó el movimiento de los planetas, consiguiendo unir el vacío entre las leyes de Kepler y la dinámica de Galileo. Esto también supuso la primera unificación de la astronomía y la física (véase Astrofísica).

Tras la publicación de los Principia de Isaac Newton (que también desarrollo el telescopio reflector), se transformó la navegación marítima. A partir de 1670 aproximadamente, el mundo entero fue medido utilizando instrumentos modernos de latitud y los mejores relojes disponibles. Los requerimientos de la navegacion supusieron un empuje para el desarrollo progresivo de observaciones astronómicas e instrumentos más precisos, constituyendo una base creciente de datos para los científicos.

A finales del siglo XIX se descubrió que, al descomponer la luz del Sol, se podían observar multitud de líneas de espectro (regiones en las que había poca o ninguna luz]. Experimentos con gases calientes mostraron que las mismas líneas podían ser observadas en el espectro de los gases, líneas específicas correspondientes a diferentes elementos químicos. De ésta manera se demostró que los elementos químicos en el Sol (mayoritariamente hidrógeno) podían encontrarse igualmente en la Tierra. De hecho el helio fue descubierto primero en el espectro del Sol y sólo más tarde se encontró en la Tierra, de ahí su nombre.

Se descubrió que las estrellas eran objetos muy lejanos y con el espectroscopio se demostró que eran similares a nuestro propio sol, pero con una amplia gama de temperaturas, masas y tamaños. La existencia de nuestra galaxia, la Vía Láctea, como un grupo separado de estrellas no se demostró hasta el siglo XX, junto con la existencia de galaxias externas, y poco después, la expansión del universo, observada en el efecto del corrimiento al rojo. La astronomía moderna también ha descubierto una variedad de objetos exóticos como los quásares, púlsares, radiogalaxias, agujeros negros, estrellas de neutrones, y ha utilizado estas observaciones para desarrollar teorías físicas que describen estos objetos. La cosmología hizo grandes avances durante el siglo XX, con el modelo del Big Bang fuertemente apoyado por la evidencia proporcionada por la astronomía y la física, como la radiación de fondo de microondas, la Ley de Hubble y la abundancia cosmológica de los elementos químicos.

Durante el siglo XX, la espectrometría avanzó, en particular como resultado del nacimiento de la física cuántica, necesaria para comprender las observaciones astronómicas y experimentales.

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