Определение: Наблюдательная астрономия — получение и обработка данных об объектах Вселенной по их электромагнитному излучению (от радиоволн до гамма-лучей), потокам частиц (Нейтринная астрономия, космические лучи) и гравитационным волнам. Требует разработки телескопов, детекторов и методов обработки сигналов (апертурный синтез, адаптивная оптика, калибровка). Астрометрия также является частью наблюдательной астрономии.

Как наука, астрономия практически лишена возможности проведения экспериментов с объектами Вселенной, что несколько компенсируется возможностью наблюдать и исследовать огромное число примеров астрономических явлений. Подобные наблюдения позволяют, например, прослеживать некоторые закономерности проявляемых объектами свойств. Результаты изучения близких объектов, проявляющих определённые свойства, (например, переменные звёзды "Переменные звёзды можно распространить на более далёкие объекты с похожими свойствами: так, по зависимости светимости от периода пульсации для цефеид можно оценивать расстояния до других галактик.