自十六世紀哥白尼提出日心說以來，天文學的發展進入了壹個新的階段。在此之前，包括天文學在內的自然科學都受到宗教神學的嚴重束縛。哥白尼的理論使天文學擺脫了宗教的束縛，並在隨後的壹個半世紀裏，從主要描述天體位置和運動的經典天體測量發展到尋求引起這種運動的機械機制的天體力學。18、19世紀，經典天體力學達到頂峰。同時，由於亞光學、測光學和攝影術的廣泛應用，天文學開始朝著深入研究天體的物理結構和過程的方向發展，天體物理學誕生了。現代物理學和技術在20世紀迅速發展，在天文觀測和研究中找到了廣泛的應用，使天體物理學成為天文學中的主流學科，同時促進了經典天體力學和天體測量學的新發展，人們對宇宙和宇宙中各種天體及天文現象的認識達到了前所未有的深度和廣度。
天文學本質上是壹門觀測科學。天文學的所有發現和研究成果都離不開天文觀測工具——望遠鏡和望遠鏡後端的接收設備。在17世紀以前，雖然已經制造了許多天文觀測儀器，如我國的渾儀和簡易儀器，但觀測工作只能依靠人眼。1608年，荷蘭人利波賽發明了望遠鏡，伽利略在1609年制造了第壹臺天文望遠鏡，很快就有了許多重要發現。從此，天文學進入了通過望遠鏡觀察和研究天象的新時代。在接下來的400年裏，人們不斷改進望遠鏡的性能，把它做得越來越大，以便觀測更暗的天體，獲得更高的分辨率。目前世界上最大的光學望遠鏡的口徑已經達到了10米。
1932年，美國人揚斯基用他的旋轉天線陣觀測到來自天體的無線電波，開創了射電天文學。第壹臺拋物面反射鏡射電望遠鏡誕生於1937年。之後，隨著射電望遠鏡在口徑、接收波長、靈敏度等方面性能的不斷擴大和提高，射電天文觀測技術為天文學的發展做出了重要貢獻。目前世界上最大的全活動射電望遠鏡直徑為100米，最大的固定射電望遠鏡直徑為300米。
20世紀最後50年，隨著探測器和空間技術的發展以及研究工作的深入，天文觀測進壹步從可見光和射電波段擴展到包括紅外、紫外、X射線、γ射線在內的電磁波波段，形成了多波段天文學，為探索各種天體的物理本質和天文現象提供了強有力的觀測手段，天文學發展到了壹個全新的階段。
至於望遠鏡後端的接收設備，19世紀中期，照相術、光譜學和測光術被廣泛應用於天文觀測，極大地促進了對天體運動、結構、化學成分和物理狀態的探索。可以說，天體物理學是在這些技術得到應用之後，逐漸發展成為天文學的主流學科。二十世紀，偏振觀測、幹涉測量、散斑幹涉、CCD探測器和多光纖技術在天文觀測中發揮了越來越重要的作用。毫無疑問，天文研究的重要成果與後端探測設備的發展和完善密切相關。