L'astronomia è lo studio accurato degli elementi del cosmo (con un approccio più pragmaticamente scientifico, a differenza dell'astrologia). Fino al Rinascimento, questo campo di studio non era considerato tra le scienze principali, almeno fino alla pubblicazione della teoria eliocentrica di Niccolò Copernico, nel 1543 Il suo lavoro fu studiato, corretto e ampliato da Galileo Galilei grazie all'uso di una nuova meraviglia scientifica, il telescopio. Un'altra figura fondamentale della rivoluzione scientifica, Giovanni Keplero, sviluppò un sistema matematico in grado di descrivere dettagliatamente il moto dei pianeti; qualche decennio più tardi, utilizzando un telescopio riflettore di propria invenzione, Newton ne rivelò il pieno funzionamento sviluppando una teoria coerente sulla dinamica dei corpi celesti e sulle leggi della gravitazione.

I progressi nell'astronomia hanno spesso coinciso con l'arrivo di nuove tecnologie: quando si studia l'universo è fondamentale riuscire a vedere il più lontano possibile o addirittura in altre parti dello spettro luminoso. Telescopi sempre più potenti permisero a William Herschel di creare un elenco dettagliato di nebulose e cluster e di "scoprire" il pianeta Urano nel 1781. Lo scienziato tedesco Friedrich Bessel riuscì a misurare la distanza della stella 61 Cygni per la prima volta nel 1838. Le spettroscopie diedero un'ulteriore spinta allo studio dell'astronomia, soprattutto perché permisero di scoprire che sole e stelle sono molto simili, differendo solo per massa, temperatura e dimensioni.

Fu solo all'inizio del XX secolo, però, che gli astronomi capirono che il nostro sistema solare fa parte di una galassia detta "Via Lattea", una tra le tante dell'universo. Dispersi in mezzo alle galassie ci sono poi oggetti di ogni tipo (quasar, pulsar, galassie radio, buchi neri, stelle a neutroni e così via) scoperti grazie a telescopi potentissimi, alcuni dei quali orbitano attorno alla Terra per avere una visuale più limpida del cielo notturno.