Jako astronomické pozorovatelny slouží hvězdárny, k těm nejvýznamnějším patří astronomické observatoře na Havaji (Mauna Kea) a v Chile (Paranal). U nás vznikla také celá řada hvězdáren, například Hvězdárna Kleť u Českých Budějovic nebo Astronomický ústav AV ČR v Ondřejově. Astronomickému pozorování se lidé věnovali již ve starověku, k jeho výraznému rozvoji došlo zejména ve středověku. K významným astronomům patřili například Johannes Kepler, Isaac Newton nebo Galileo Galilei. V roce 1990 byl americkým raketoplánem Discovery vynesen na oběžnou dráhu Země Hubbleův vesmírný dalekohled. Amatérským i profesionálním astronomům je určena řada publikací o astronomickém pozorování.