Космическая обсерватория - это любой прибор (например, телескоп) в космическом пространстве, который используется для наблюдения за удаленными объектами. Можно просматривать и регистрировать планеты, звезды, галактики и другие космические объекты. К этой категории не относятся обсерватории в космосе, которые направлены на Землю с целью проведения разведки, метеорологии и других видов сбора информации.

Все наблюдения за космосом с Земли фильтруются через земную атмосферу. Атмосфера фильтрует и искажает увиденное и записанное.

Спутниковые телескопы открыли Вселенную человеческим глазам. Турбулентность в земной атмосфере размывает изображения, сделанные наземными телескопами, эффект, известный как "видение". Именно этот эффект заставляет звезды "мерцать" на небе. В результате снимки, сделанные с помощью спутниковых телескопов в видимом свете (например, с помощью космического телескопа Хаббла), намного четче, чем снимки, сделанные с помощью наземных телескопов, несмотря на то, что телескопы на Земле очень большие.

Космическая астрономия имеет жизненно важное значение для частотных диапазонов за пределами оптического и радиосигналов. Например, рентгеновская астрономия практически невозможна, когда она проводится с Земли. В настоящее время она приобрела важное значение в астрономии благодаря орбитальным рентгеновским телескопам. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение также в значительной степени блокируется атмосферой. Большинство космических обсерваторий находятся на низкой околоземной орбите.