Theo NASA, các công cụ của các nhà thiên văn học hiện đại bao gồm kính thiên văn tiên tiến có khả năng nghiên cứu ánh sáng phản xạ từ mặt trời, mặt trăng, hành tinh, sao chổi và các vì sao. Kính thiên văn vô tuyến được sử dụng để nghiên cứu sóng vô tuyến, trong khi kính thiên văn tia gamma sinh ra trong không gian hỗ trợ trong việc nghiên cứu tia gamma.
Nhiều loại thiết bị khác nhau được sử dụng cho thiên văn học tùy thuộc vào phần của quang phổ điện từ mà nhà thiên văn học cần quan sát, theo Astronomy Online. Các nhà thiên văn sử dụng kính thiên văn và đĩa vô tuyến từ bề mặt Trái đất để quan sát ánh sáng nhìn thấy, sóng vô tuyến và tia hồng ngoại gần. Kính thiên văn có các thiết bị bổ sung như máy ảnh thiết bị ghép nối tích điện không dùng phim, một loạt các bộ lọc và máy đo quang phổ. Những công cụ này cho phép ghi lại những hiện tượng không thể nhìn thấy bằng mắt thường.
Thiên văn học chính thống đang ngày càng áp dụng các công cụ chuyên dụng, chẳng hạn như máy dò hạt neutrino dưới lòng đất và máy dò sóng trọng lực. Kính thiên văn và đĩa radio cũng có thể được sử dụng theo cặp để giới thiệu giao thoa kế, giúp nâng cao khả năng phân giải để cung cấp hình ảnh rõ nét hơn.
Các nền văn minh ban đầu không sử dụng thiết bị thiên văn học để nghiên cứu các ngôi sao, mặc dù họ đã quan sát và cố gắng tìm hiểu chúng. Galileo đã phát minh ra kính thiên văn đầu tiên và sử dụng nó vào đầu những năm 1600 để quan sát các miệng núi lửa trên bề mặt mặt trăng, các vết đen trên bề mặt mặt trời và các mặt trăng nhỏ quay quanh Sao Mộc. Kính thiên văn, bất kể phức tạp đến đâu, hoạt động dựa trên nguyên tắc khúc xạ hoặc phản xạ.
