De astronomie is een zeer oude wetenschap die al bestond in het oude Egypte, Sumerië en China. In het prille begin hield de astronomie zich alleen bezig met de bewegingen van de objecten door de hemel, zoals zon, maan en planeten. Men kon langzamerhand spectaculaire verschijnselen voorspellen, zoals zons- en maansverduisteringen. Ook het verschijnen van kometen sprak erg tot de verbeelding. Deze aan het hemelgewelf waargenomen verschijnselen werden door Babylonische astronomen in verband gebracht met gebeurtenissen op aarde, wat ook het begin betekende van de astrologie.

De astronomie was in die begintijd beperkt tot de objecten die met het blote oog zichtbaar zijn. De oude Grieken brachten de astronomie een stuk verder, bijvoorbeeld door de definitie van de dierenriem, een band van 12 heldere sterrenbeelden waardoorheen de zon, maan en planeten bewegen.

Middeleeuwen en Renaissance

Tijdens de middeleeuwen stond de ontwikkeling van de astronomie vrijwel stil, met uitzondering van het werk van enkele Arabische astronomen. Veel namen van sterren stammen daarom uit het Arabisch. Tijdens de renaissance stelde Copernicus een astronomisch model op, waarin de zon in het midden staat van het zonnestelsel (heliocentrisme). Zijn werk werd verdedigd en verder ontwikkeld door Galileo Galilei en Johannes Kepler. Laatstgenoemde beschreef als eerste op een correcte manier de bewegingen van de planeten rondom de zon. Kepler had echter geen inzicht in de achterliggende oorzaak van de Wetten van Kepler die hij afleidde uit zijn waarnemingen.

Nieuwe tijd en heden

Begrip van zwaartekracht en hemelse dynamica waren ontdekkingen van Isaac Newton, die daarmee de bewegingen van de planeten volledig verklaarde. Men ontdekte dat sterren heel ver van ons verwijderd zijn. Met de uitvinding van de spectroscopie werd bewezen dat sterren gelijksoortige objecten zijn als onze eigen zon, maar met een grote variëteit aan temperaturen, massa's en omvang. Dat onze Melkweg bestaat uit een aparte groep van sterren werd pas bewezen in de twintigste eeuw. Toen werden ook andere sterrenstelsels ontdekt, alsmede nevels en gaswolken. Kort daarop werd de uitdijing van het heelal aangetoond op grond van de roodverschuiving die ontstaat door het dopplereffect. Hieruit blijkt dat de meeste van die andere sterrenstelsels van ons af bewegen.

Aanvankelijk meende men dat het zonnestelsel ophield bij de baan van Pluto. Een probleem bleef echter de herkomst van kometen met vaak hyperbolische banen, die er op wijzen dat ze van zeer grote afstand komen. De astronoom Jan Hendrik Oort (zie de Noorderlicht-uitzending met hem) stelde in 1950 de Oortwolk voor: een reservoir van miljarden komeetachtige lichamen die overgebleven zijn na de vorming van het zonnestelsel en zich uitstrekt tot wel één à twee lichtjaar rondom het zonnestelsel. In 1951 werd het bestaan van de Kuipergordel gesuggereerd door de Nederlands-Amerikaanse Gerard Kuiper. Hier zouden de kortperiodieke kometen vandaan komen; d.w.z. de kometen met een omlooptijd van tussen de 50 en een paar duizend jaar en met de grootste concentratie van komeetlichamen net voorbij de baan van Neptunus. Inmiddels zijn er al verscheidene objecten tussen de afmetingen van kometen en Pluto in gevonden in deze gordels waarmee het bestaan hoogstwaarschijnlijk is bewezen.

Het vakgebied kosmologie werd met enorme sprongen voorwaarts gebracht in de 20e eeuw door het model van de oerknal. Een theorie die door bewijsmateriaal vanuit de astronomie en de natuurkunde wordt ondersteund, zoals de kosmische microgolf achtergrondstraling, de wet van Hubble en het relatieve voorkomen van de verschillende elementen in het heelal.