Sejak abad ke-20, bidang astronomi dibagi menjadi dua cabang: pengamatan dan teoritis.

Astronomi pengamatan menekankan pada pengumpulan dan analisis data menggunakan prinsip-prinsip dasar fisika.

Sedangkan astronomi teoritis berfokus pada analisa dan pengembangan model komputer untuk menjelaskan obyek dan fenomena astronomi.

Ada beberapa cabang-cabang spesifik dalam astronomi,diantaranya yaitu:

Astronomi surya

Cabang ini membahas tentang matahari baik komposisi, sifat fisis, dan lain-lain. Matahari adalah bintang yang terdekat dari Bumi pada sekitar 8 menit cahaya, dan yang paling sering diteliti; ia merupakan bintang katai pada deret utama dengan klasifikasi G2 V dan usia sekitar 4,6 milyar tahun.

Ilmu keplanetan

Cabang astronomi ini meneliti susunan planet, bulan, planet katai, komet, asteroid, serta benda-benda langit lain yang mengelilingi bintang, terutama Matahari, walau ilmu ini meliputi juga planet-planet luar surya.

Astronomi bintang

Untuk memahami alam semesta, penelitian atas bintang-bintang dan bagaimana mereka berevolusi sangatlah fundamental. Astrofisika yang berkenaan dengan bintang sendiri bisa diketahui baik lewat segi pengamatan maupun segi teoretis, serta juga melalui simulasi komputer

Astronomi galaksi

Untuk memahami alam semesta, penelitian atas bintang-bintang dan bagaimana mereka berevolusi sangatlah fundamental. Astrofisika yang berkenaan dengan bintang sendiri bisa diketahui baik lewat segi pengamatan maupun segi teoretis, serta juga melalui simulasi komputer

Astronomi ekstragalaksi

Penelitian benda-benda yang berada di luar galaksi kita (astronomi ekstragalaksi) merupakan cabang yang mempelajari formasi dan evolusi galaksi-galaksi, morfologi dan klasifikasi mereka, serta pengamatan atas galaksi-galaksi aktif beserta grup-grup dan gugusan-gugusan galaksi. Ini, terutama yang disebutkan belakangan, penting untuk memahami struktur alam semesta dalam skala besar.

Kosmologi

Kosmologi, berasal dari bahasa Yunani kosmos (κόσμος, “dunia”) dan akhiran -logia dari logos (λόγος, “pembelajaran”) dapat dipahami sebagai upaya meneliti alam semesta secara keseluruhan.

Pengamatan atas struktur skala besar alam semesta, yaitu cabang yang dikenal sebagai kosmologi fisik, telah menyumbangkan pemahaman yang mendalam tentang formasi dan evolusi jagat raya. Salah satu teori yang paling penting (dan sudah diterima luas) adalah teori Dentuman Besar, yang menyatakan bahwa dunia bermula pada satu titik dan mengembang selama 13,7 milyar tahun sampai ke masa sekarang.