18世紀中葉，康德等人還提出，在整個宇宙中，存在著無數像我們的天體係統（指銀河係）那樣的天體係統。而當時看去呈雲霧狀的“星雲”很可能正是這樣的天體係統。此後經曆了長達170年的曲折探索曆程，直到1924年，才由哈勃用造父視差法現仙女座大星雲等的距離確認了河外星係的存在。
近半個世紀，人們通過對河外星係的研究，不僅已發現了星係團、超星係團等更高層次的天體係統，而且已使我們的視野擴展到遠達200億光年的宇宙深處。
對宇宙認識的發展
在中國，早在西漢時期《淮南子·俶真訓》指出：“有始者”有未始有有始者，有未始有夫未始有有始者，認為世界有它開辟之時，有它開辟以前的時期，也有它開辟以前的以前的時期。《淮南子·天文訓》中還具體勾畫了世界從無形的物質狀態到混沌狀態再到天地萬物生成演變的過程。在古希臘，也存在著類似的見解。例如留基伯就提出，由於原子在空虛的空間中作旋渦運動，結果輕的物質逃逸到外部的虛空，而其餘的物質則構成了球形的天體，從而形的界。
太陽係概念確立以後，人們開始從科學的角度來探討太陽係的起源。1644年，笛卡爾提出了太陽係起源的旋渦說；1745年，布豐提出了一個因大著星與太陽掠碰導致形成行星係統的太陽係起源說；1755年和1796年，康德和拉普拉斯則各自提出了太陽係起源的星雲說。現代探討太陽係起源的新星雲說正是在康德一拉普拉斯星雲說的基礎上發展起來。
1911年，赫茨普龍建立了第一幅銀河星團的顏色星等圖；1913年，羅素則繪出了恒星的光譜一光度圖，即赫羅圖。羅素在獲得此圖後便提出了一個恒星從紅巨星開始，先收縮進人主序，後沿主序下滑，最終成為紅矮星的恒星演化學說。1924年，愛丁頓提出了恒星的質光關係；1937—1939年，魏茨澤克和貝特揭示了恒星的能源來自於氫聚變為氦的原子核反應。這兩個發現導致了羅素理論被否定，並導致了科學的恒星演化理論的誕生。對於星係起源的研究，起步較遲，目前普遍認為，它是我們的宇宙開始形成的後期由原星係演化而來的。
1917年，阿爾伯特·愛因斯坦運用他剛創立的廣義相對論建立了一個“靜態、有限、無界”的宇宙模型，奠定了現代宇宙學的基礎。1922年，弗裏德曼發現，根據阿爾伯特·愛因斯坦的場方程，宇宙不一定是靜態的，它可以是膨脹的，也可以是振蕩的。前者對應於開放的宇宙，後者對應於閉合的宇宙。1927年，勒梅特也提出了一個膨脹宇宙模型。1929年哈勃發現了星係紅移與它的距離成正比，建立了著名的哈勃定律。這一發現是對膨脹宇宙模型的有力支持。20世紀中葉，伽莫夫等人提出了熱大爆炸宇宙模型，他們還預言，根據這一模型，應能觀測到宇宙空間目前殘存著溫度很低的背景輻射。1965年微波背景輻射的發現證實了伽莫夫等人的預言。從此，許多人把大爆炸宇宙模型看成標準宇宙模型。1980年，美國的古斯在熱大爆炸宇宙模型的基礎上又進一步提出了暴漲宇宙模型。這一模型可以解釋目前已知的大多數重要觀測事實。
宇宙圖景
當代天文學的研究成果表明，宇宙是有層次結構的、物質形態多樣的、不斷運動發展的天體係統。
宇宙的層次結構認識行星是最基本的天體係統。太陽係中共有8大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。除水星和金星外，其他行星都有衛星繞其運轉，地球有一個衛星一月球，土星的衛星最多，已確認的有17顆。行星、小行星、著星和流星體都圍繞中心天體太陽運轉，構成太陽係。太陽占太陽係總質量的99.86；，其直徑約140萬千米，最大的行星木星的直徑約14萬千米。太陽係的大小約120億千米。有證據表明，太陽係外也存在其他行星係統。2500億顆類似太陽的恒星和星際物質構成更巨大的天體係統一銀河係。銀河係中大部分恒星和星際物質集中在一個扁球狀的空間內，從側麵看很像一個“鐵餅”，正麵看去，則呈旋渦狀。銀河係的直徑約10萬光年，太陽位於銀河係的一個旋臂中，距銀心約3萬光年。銀河係外還有許多類似的天體係統，稱為河外星係，常簡稱星係。現已觀測到大約有10億個。星係也聚集成大大小小的集團，叫星係團。平均而言，每個星係團約有百餘個星係，直徑達上千萬光年。現已發現上萬個星係團。包括銀河係在內約40個星係構成的一個小星係團叫本星係群。若幹星係團集聚在一起構成更大、更高一層次的天體係統叫超星係團。超星係團往往具有扁長的外形，其長徑可達數億光年。通常超星係團內隻含有幾個星係團，隻有少數超星係團擁有幾十個星係團。本星係群和其附近的約50個星係團構成的超星係團叫做本超星係團。目前天文觀測範圍已經擴展到200億光年的廣闊空間，它稱為總星係。