Можно сказать, что астрономия, как наука, в своё время вышла из астрологии, так как в древнем мире исследования Космоса неразрывно были связаны с мифами, верованиями, гаданиями. Древние люди обожествляли Солнце, Луну, звёзды, одновременно обращая внимание на закономерности их движения по небосводу.

Первый точный документальный источник об астрономических наблюдениях появился в VIII в. до н. э., однако известно, что уже за несколько тысяч лет до нашей эры проводились исследования, составлялись календари. Так, в Древнем Египте жители заметили, что Нил начинает разливаться вскоре после того, как над горизонтом появляется яркая звезда – Сириус. Это происходило в дни летнего солнцестояния. Жрецы достаточно точно определили длину года, составив календарь, который делил год на 12 месяцев и 365 дней. День делился на 24 часа (12 приходилось на день и 12 на ночь). К тому же древние египтяне поделили небо на созвездия, знали о существовании планет.

Кроме Древнего Египта астрономия широко развивалась во многих частях света. Сейчас археологи находят множество древних обсерваторий (мегалиты, дольмены и пр.), самой известной из которых является Стоунхендж. Он был построен где-то 3900-3600 лет тому назад, представляет собой круг диаметром 30 м из камней высотой 5 м и более, на которые положены плиты. Учёные считают, что с помощью этого сооружения наблюдались Солнце и Луна. Мегалиты же построены намного раньше Стоунхенджа людьми, жившими на территориях их распространения задолго до пришествия туда индоарийских племён.

Древние шумеры также обладали достаточно обширными знаниями по астрономии. В период развития их цивилизации было построено множество обсерваторий, велись наблюдения, которые позволили им создать теорию движения планет и Луны, открыть сарос, ввести зодиак и эклиптику.

В Древнем Китае астрономия была развита настолько, что местные учёные с большой точностью вычисляли дни лунных и солнечных затмений. Они изобрели компас и водяные часы, наблюдали за Солнцем, переменными звёздами, упомянули сверхновую Тельца, которая породила Крабовидную туманность.

Древние жители Америки также владели огромным багажом знаний по астрономии. Известно, что майя составили свой календарь, который является очень точным. Они, как и китайцы, могли предсказывать солнечные затмения.

В Древней Греции астрономия стала одной из самых важных наук. Появились различные специальные инструменты для наблюдений за светилами, разрабатывались математические методы обработки собранной информации. Значительный вклад внёс Гиппарх, который ввёл параллели и меридианы, составил первый звёздный каталог. У учёных появляется идея о шарообразности Земли, Демокрит вводит понятие атома, Эратосфен в огромной точностью измерил диаметр Земли. Аристарх Самосский доказал, что Земля вращается вокруг своей оси, тем самым происходит смена дня и ночи. Однако многие учёные ставили Землю в центр Вселенной (геоцентрическая модель мира). Такими были Аристотель, Птолемей. Последний создал грандиозный труд того времени «Альмагест», систематизировав все знания по астрономии. Геоцентрическая модель мира торжествовала на протяжении 1500 лет.

После греков астрономию продолжили изучать арабы. Бируни раскрыл природу Млечного пути, а звёзды представлял в виде далёких солнц. Кроме него изучали астрономию Углубек, Аль-Баттани.

Вплоть до XV-XVI в. астрономия переживала значительный спад, возродившись только в эпоху географических открытий. Дальние путешествия требовали более точных методов ориентировки, поэтому знания стали совершенствоваться. Одним из первых учёных, который разработал свою гелиоцентрическую систему мира, был Николай Коперник. Он дал толчок к дальнейшему развитию науки. Кеплер в 1609-1618 открыл законы движения планет, а Ньютон в 1687 г. – закон всемирного тяготения.

В последующие годы стали развиваться математические методы определения объектов (в XIX в. был открыт Нептун), а с изобретением фотографии стало возможным проводить спектральные анализы небесных тел, определяя их состав и свойства. Сейчас развитие получили астрофизика, радиоастрономия, рентгеновская астрономия и другие направления науки.

Новая эра в исследованиях космоса началась в 1957 г. с запуском первого искусственного спутника Земли.