通過觀測天體向地球發出的輻射，可以發現和測量它們的位置，探索它們的運動規律，研究它們的物理性質、化學成分、內部結構、能量來源及其演化規律。
在天文學的漫長歷史中，隨著研究方法的改進和發展，天體測量學、天體力學和天體物理學相繼建立。
天文學的研究對我們的生活有很大的現實意義，對人類的自然觀有很大的影響。古代天文學家通過觀察太陽、月亮等天體和現象來確定時間、方向和歷法。這也是天體測量學的開端。如果人們觀測天體，記錄天象，那麽天文學的歷史至少也有五六千年了。天文學在人類文明的早期歷史中占有非常重要的地位。埃及的金字塔和歐洲的巨石陣是著名的史前天文遺址。哥白尼的日心說曾經把自然科學從神學中解放出來；康德和拉普拉斯關於太陽系起源的理論，打開了18世紀形而上學自然觀的第壹個缺口。
牛頓力學的出現，核能的發現等對人類文明有重要作用的事件，都與天文研究密切相關。目前，對高能天體物理、致密星和宇宙演化的研究可以極大地促進現代科學的發展。研究太陽和太陽系中的天體，包括地球和人造衛星，在航空航天、大地測量、通信和導航方面有許多應用。天文學起源於古代人類對季節的獲取和占蔔活動。
天文學遵循觀察-理論-觀測的發展路徑，不斷將人們的視野延伸到宇宙新的深度。隨著人類社會的發展，天文學的研究對象已經從太陽系發展到整個宇宙。現在天文學按照研究方法的分類，已經形成了天體測量學、天體力學和天體物理學三個分支。按照觀測方法分類，形成了光學天文、射電天文、空間天文幾個子學科。