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。
天文學的研究範疇和天文學的概念從古至今都在不斷發展。在古代，人們只能用肉眼觀察天體。公元2世紀，古希臘天文學家托勒密提出的地心說主導了西方對宇宙的認識1000多年。直到16世紀，波蘭天文學家哥白尼才提出了新的宇宙體系理論——日心說。1610年，意大利天文學家伽利略獨立制作了折射望遠鏡，第壹次通過望遠鏡看到了太陽黑子、月球表面以及壹些行星的表面和盈虧。與此同時，牛頓創立了牛頓力學，由此產生了天文學的壹個新分支——天體力學。天體力學的誕生，使天文學從單純描述天體的幾何關系和運動進入到研究天體之間的相互作用和天體運動原因的新階段，這是天文學史上的壹次巨大飛躍。
19世紀中期天體照相和光譜技術的發明，使天文學家能夠進壹步研究天體的物理性質、化學成分、運動狀態和演化規律，從而更深入地研究問題的本質，從而產生了天體物理學的壹個新分支。這是天文學的又壹次飛躍。
1950年代開始使用射電望遠鏡。在1960年代，我們取得了被稱為“天文學四大發現”的成就:微波背景輻射、脈沖星、類星體和星際有機分子。同時，人類也突破了地球的束縛，可以觀測天空中的天體。除了可見光，還可以觀測到天體的紫外線、紅外線、無線電波、X射線和伽馬射線。這些在空間天文學上取得了巨大的進步，也對現代天文學的成就產生了巨大的影響。