Um observatório espacial é qualquer instrumento (como um telescópio) no espaço exterior que é usado para a observação de objetos distantes. Planetas, estrelas, galáxias e outros objetos do espaço sideral podem ser vistos e registrados. Esta categoria não inclui observatórios no espaço que são apontados para a Terra para fins de reconhecimento, meteorologia e outros tipos de coleta de informações.
Toda a observação do espaço da Terra é filtrada através da atmosfera da Terra. A atmosfera filtra e distorce o que é visto e registrado.
Os telescópios baseados em satélites abriram o Universo aos olhos humanos. A turbulência na atmosfera terrestre embaça as imagens captadas pelos telescópios terrestres, um efeito conhecido como ver. É este efeito que faz as estrelas "cintilarem" no céu. Como resultado, as imagens tiradas pelos telescópios de satélite à luz visível (por exemplo, pelo Telescópio Espacial Hubble) são muito mais claras do que os telescópios terrestres, embora os telescópios terrestres sejam muito grandes.
A astronomia espacial é vital para as faixas de freqüência fora das janelas ópticas e de rádio. Por exemplo, a astronomia de raios X é quase impossível quando feita a partir da Terra. Ela atingiu sua importância atual na astronomia devido à órbita de telescópios de raios X. Infravermelho e ultravioleta também são em grande parte bloqueados pela atmosfera. A maioria dos observatórios espaciais está em órbita baixa da Terra.
