Astronomi yörüngesel cisimleri ve Dünya atmosferinin dışında gerçekleşen, yıldızlar, gezegenler, kuyrukluyıldızlar, kutup ışıkları, gökadalar ve kozmik fon radyasyonu gibi gözlemlenebilir tüm olay ve olguları inceleyen bilimdir. Evrenin doğuşu ve büyümesi, evrimi, gökcisimlerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri konumlarının hesaplanması ile ilişkilidir. Astronomi gözlemleri salt astronomi ile ilişkili değildir, aynı zamanda genel görelilik kuramı gibi fizikte çok önemli bir yeri olan teorilerin ispatı için de bilgi sağlarlar. Gözlemsel astronomiye bir tamamlayıcı etken olarak teorik astrofizik de astronomik oluşumları açıklamaya çalışır.


Astronomi, en eski bilimsel metodolojilerden birine sahiptir. Antik Yunan'da oluşan astronomi metodolojisi, ileri gözlem yöntemlerinin ve araçlarının geliştirilmesinin erken dönemlerde gerçekleşmesini sağlamıştır (bk. arkeoastronomi) Tarihte amatörler, pek çok önemli astronomik keşfin altına imzalarını atmışlardır ve astronomi, günümüzde hala amatörlerin önemli roller oynayabileceği pek az bilimden biridir (özellikle geçici durumların gözlemlenmesinde).


Modern astronomi, astroloji ile karıştırılmamalıdır. Astroloji, insanların yaşamlarının ve karakterlerini gökcisimlerinin konumlarından etkilendiğini iddia eden bir inanç sistemidir. Her ne kadar her iki alan da aynı kökenden gelse de, ikisi birbirinden tamamen farklıdır. Astrologların aksine astronomlar bilimsel yöntemi kullanırlar.