Astronomi (gök bilimi ya da gökbilim), kökenleri, evrimleri, fiziksel ve kimyasal özellikleri ile gök cisimlerini açıklamaya çalışmak üzere gözleyen bilim dalıdır. Astronominin sınırlı ve özel bir alanı olan gök mekaniği ile karıştırılmaması gerekir. Astronomi daha açık bir deyişle, yörüngesel cisimleri ve Dünya atmosferinin dışında gerçekleşen, yıldızlar, gezegenler, kuyrukluyıldızlar, kutup ışıkları, galaksiler (gökadalar) ve Kozmik mikrodalga arka plan ışıması gibi gözlemlenebilir tüm olay ve olguları inceleyen bilim dalıdır. Evrende bulunan her çeşit maddenin dağılımını, hareketini, kimyasal bileşimini, evrimini, fiziksel özelliklerini ve birbirleriyle etkileşimlerini inceler.
Astronomi terimi eski Yunanca'daki astron ve nomos (άστρον et νόμος) sözcüklerinden türetilmiş olup, «yıldızların yasası» anlamına gelir. Asteroitlerin ve kuyruklu yıldızların keşfindeki katkıları göz önüne alınırsa, astronomi amatörlerin de hâlen etkin bir rol oynayabildikleri nadir bilim dallarından biridir.
Gök bilimi yeryüzündeki en eski bilimlerden biri olarak kabul edilir. Arkeolojik bulgular en eski çağlarda bile insanların gök biliminin konuları hakkında bilgileri olduğunu ortaya koymaktadır. Neolitik çağda insanlar ekinoksların periyodik karakterini, mevsimlerle ilişkisini ve bazı takımyıldızları bilmekteydiler. Modern gök bilimi gelişimini, özellikle antik çağdaki ve onları izleyen matematikçilere ve Ortaçağ’ın sonunda keşfedilmiş gözlem aletlerine borçludur. Başlangıçta ayrılmaz bir ikili sayılan ve paralel olarak ilerleyen astroloji ve gök bilimi zamanla yollarını birbirlerinden ayırmak zorunda kalmışlardır.