天文學的研究範疇和天文的概念從古至今不斷發展。在古代，人們隻能用肉眼觀測天體。2世紀時，古希臘天文學家托勒密提出的地心說統治了西方對宇宙的認識長達一千多年。直到16世紀，波蘭天文學家哥白尼才提出了新的宇宙體係的理論一日心說。到了1610年，意大利天文學家伽利略獨立製造折射望遠鏡，首次以望遠鏡看到了太陽黑子、月球和一些行星的表麵及盈虧。在同時代，牛頓創立牛頓力學使天文學出現了一個新的分支學科一天體力學。天體力學誕生使天文學從單純描述天體的幾何關係和運動狀況進人到研究天體之間的相互作用和造成天體運動的原因的新階段，在天文學的發展曆史上，是一次巨大的飛躍。
19世紀中葉天體攝影和分光技術的發明，使天文學家可以進一步深人地研究天體的物理性質、化學組成、運動狀態和演化規律，從而更加深人到問題本質，從而也產生了一門新的分支學科一天體物理學。這是天文學的又一次重大飛躍。
20世紀50年代，射電望遠鏡開始應用。到了20世紀60年代，取得了稱為“天文學四大發現”的成就：微波背景輻射、脈衝星、類星體和星際有機分子。而與此同時，人類也突破了地球的束縛，可到天空中觀測天體。除可見光外，天體的紫外線、紅外線、無線電波、X線、伽馬射線等都能觀測到。這些使得空間天文學得到巨大發展，也對現代天文學成就產生很大影響。隨著人類社會的發展，天文學的研究對象從太陽係發展到整個宇宙。
現在天文學按照研究方法的不同，已經形成了天體測量學、天體力學和天體物理學三大分支學科。
按觀測手段分類已形成光學天文學、射電天文學和空間天文學幾個分支學科。
研究對象和領域
天文學的研究對象是各種天體。
的地球也是天文學的研究對象之一。
中的星星來確定時間、方向和曆法，地球也是一個天體，因此作為一個整體最初，古人通過觀察太陽、月球和天空並記錄天象。隨著天文學的發展，人類的探測範圍到達了距地球約100億光年的距離，根據尺度和規模，天文學的研究對象可以分為以下內容。
行星層次：包括行星係中的行星、圍繞行星旋轉的衛星和大量的小天體，如小行星、彗星、流星體以及行星際物質等。太陽係是目前能夠直接觀測的唯一的行星係。但是宇宙中存在著無數像太陽係這樣的行星係統。
恒星層次：現在人們已經觀測到了億萬個恒星，太陽隻是無數恒星中很普通的一顆。
星係層次：人類所處的太陽係隻是處於由無數恒星組成的銀河係中的一隅。而銀河係也隻是一個普通的星係，除了銀河係以外，還存在著許多的河外星係。星係又進一步組成了更大的天體係統，星係群、星係團和超星係團。
整個宇宙：一些天文學家提出了比超星係團還高一級的總星係。按照現在的理解，總星係就是目前人類所能觀測到的宇宙的範圍，半徑超過了100億光年。
在天文學研究中最熱門、也是最難令人信服的課題之一就是關於宇宙起源與未來的研究。對於宇宙起源問題的理論層出不窮，其中最具代表性，影響最大，也是最多人支持的就是1948年美國科學家伽莫夫等人提出的大爆炸理論。根據現在不斷完善的這個理論，宇宙是在約137億年前的一次猛烈的爆炸中誕生的。然後宇宙不斷地膨脹，溫度不斷地降低，產生各種基本粒子。隨著宇宙溫度進一步下降，物質由於引力作用開始塌縮，逐級成團。在宇宙年齡約10年時星係開始形成，並逐漸演化為今天的樣子。
天文學的研究方法與手段
天文學研究的對象有極大的尺度，極長的時間，極端的物理特性，因而地麵試驗室很難模擬。因此天文學的研究方法主要依靠觀測。由於地球大氣對紫外線輻射、X射線和伽馬射線不透明，因此許多太空探測方法和手段相繼出現，如氣球、火箭、人造衛星和航天器等。天文學的理論常常由於觀測信息的不足，天文學家經常會提出許多假說來解釋一些天文現象。然後再根據新的觀測結果，對原來的理論進行修改或者用新的理論來代替。這也是天文學不同於其他許多自然科學的地方。天文學的主要研究方法是觀測，不斷地創造和改良觀測手段，也就成了天文學家們不懈努力的一個課題。
多年來，天文觀測手段巳從傳統的光學觀測擴展到了從射電、紅外、紫外到X射線和酌射線的全部電磁波段。這導致一大批新天體和新天象的發現，例如，類星體、活動星係、脈衝星、微波背景輻射、星際分子、X射線雙星、酌射線源等，使得天文研究空前繁榮和活躍。口徑2米級的空間望遠鏡巳經進人軌道開始工作。西班牙巳經有了口徑10.4米的加那利大型望遠鏡，凱克天文台於2013年3月18日正式迎來了20歲的生日，擁有兩座世界上口徑第二大的光學/近紅外線望遠鏡，口徑10米。射電方麵的甚長基線幹涉陣和空間甚長基線幹涉儀，紅外方麵的空間外望遠鏡設施，X射線方麵的高級X射線天文設施等不久都將問世。酌射線天文台巳經投人工作。這些儀器的威力巨大，遠遠超過現有的天文設備。可以預料，這些天文儀器的投人使用必將為天文學注人新的生命力，使人們對宇宙的認識提高到一個新的水平，天文學正處在大飛躍的前夜。遵循著觀測一理論一觀測的發展途徑，天文學將不斷把人的視野伸展到宇宙的新的深處。