L’astronomia si occupa in modo particolare del sistema solare e dei suoi componenti (sole, pianeti, pianetini, comete, meteore), in particolare studia le stelle fisse, gli ammassi stellari, la materia interstellare in tutto l'universo e le galassie.

L’astronomia si divide in varie branche secondo l'argomento di studio e secondo i metodi di ricerca e gli strumenti impiegati. La prima grande divisione si ha fra astronomia classica e astrofisica.

Per astronomia classica oggi si intende l'insieme d’astrometria e meccanica celeste. L'astrometria o astronomia di posizione definisce le posizioni dei corpi celesti sulla sfera del cielo, fissa sulla sfera stessa dei sistemi di riferimento (sistemi di coordinate celesti), stabilisce dei metodi per determinare lo scorrere del tempo e le coordinate geografiche, Inoltre, si interessa al moto degli astri rispetto alla sfera celeste prendendone, però, in esame il solo carattere cinematico.

Il carattere dinamico di questo moto costituisce il campo d'indagine della meccanica celeste.

Lo strumento matematico e geometrico che sta alla base dell'astrometria e della meccanica celeste è l'astronomia sferica, che è l’ insieme di nozioni, risalenti a secoli passati, che rende l'interpretazione dei fenomeni osservati.

A partire dalla seconda metà del sec. XIX, l’ astronomia classica favorì lo sviluppo di un altro importante settore dell'astronomia, l'astrofisica, settore che studia la natura degli oggetti celesti e tenta di stabilire un parallelo con fenomeni verificati in laboratorio.

L'unione fra astronomia classica e astrofisica confluisce in una branca particolare, la statistica stellare, che, per studiare la disposizione e i movimenti delle stelle della Galassia, utilizza metodi e strumentazioni propri di entrambe le scienze; i risultati della statistica stellare sono stati peraltro superati con l'avvento dei più potenti mezzi della radioastronomia.

Altre importanti branche sono la cosmogonia e la cosmologia che si occupano di problemi formalmente simili, la cosmogonia si interessa, a livello del sistema solare, alla formazione e all'evoluzione di concentrazioni di materia, mentre la cosmologia considera tutto l'universo.

L'astronomia non è una scienza isolata in quanto si rifà alle basi della fisica, della fisica nucleare, della matematica, della chimica; d'altra parte, l'astronomia ha spesso prodotto progressi considerevoli nelle scienze e nelle tecniche ad essa simili. Il progresso tecnologico degli strumenti di osservazione e il crescente impiego di satelliti artificiali e di sonde spaziali hanno permesso la raccolta di un'enorme quantità di informazioni, sono stati scoperti nuovi oggetti noti e ignoti e sono nate nuove branche della scienza, come quella della geologia lunare in seguito alla discesa sulla Luna e su Marte di veicoli spaziali e alla raccolta e studio di campioni minerali di questi corpi celesti.

All'interno del sistema solare le osservazioni più importanti riguardano la Luna (di cui ora conosciamo anche la faccia nascosta e da cui le missioni Apollo hanno riportato campioni del suolo), i pianeti più vicini, cioè Mercurio, Venere, Marte, nonché con le missioni Pioneer e Voyager, quelli più massicci e remoti, Giove, Saturno, Urano, Nettuno, e i loro satelliti. Non va certamente dimenticata l'esplorazione di alcune comete quali le Giacobini-Zinner e la Halley.