Kính thiên văn tia gamma sử dụng máy dò đặc biệt để đo bức xạ gamma từ các ngôi sao. Không giống như kính thiên văn thông thường, kính thiên văn tia gamma không chụp ảnh hoặc sử dụng quang học. Thay vào đó, họ tạo bản đồ các nguồn gamma dựa trên vị trí mà các nhà thiên văn chỉ ra chúng. Dữ liệu thu thập được cung cấp một cái nhìn độc đáo về vũ trụ.
Vì ánh sáng khả kiến đại diện cho một phần nhỏ của quang phổ điện từ, các nhà thiên văn học bắt đầu sử dụng các công cụ khác để quan sát và đo lường vũ trụ. Ở đầu xa của quang phổ, kính thiên văn vô tuyến đã phát hiện ra bức xạ không nhìn thấy từ các thiên hà và phát hiện ra các chuẩn tinh. Khi tên lửa bắt đầu phát triển, các nhà thiên văn học đã chế tạo các kính thiên văn đặc biệt để quan sát bức xạ hồng ngoại từ các ngôi sao và thiên hà bên trên bầu khí quyển của Trái đất. Kính thiên văn tia X và tia gamma ra đời vào đầu những năm 1960.
Kính thiên văn tia gamma hoạt động trên vệ tinh và mang theo các máy dò đặc biệt được điều chỉnh để đo các tia gamma năng lượng cao ở các mức năng lượng khác nhau. Các nhà thiên văn học hướng vệ tinh vào các nguồn tia gamma tiềm năng và lập bản đồ dữ liệu thu được. Đôi khi, dữ liệu được lọc để loại bỏ bức xạ gamma mức thấp và tiết lộ lượng khí thải đáng kể. Bức xạ gamma đến từ các siêu tân tinh, siêu tân tinh và chuẩn tinh cung cấp cho ngành thiên văn học những dữ liệu quý giá về vật chất ngoài thiên hà trong những điều kiện khắc nghiệt. Bức xạ từ các lỗ đen và các vật thể dày đặc khác cũng cung cấp manh mối về cấu trúc của vũ trụ. Một phát hiện gần đây trong Dải Ngân hà của Kính viễn vọng Không gian Tia Gamma Fermi cho thấy "bong bóng" tia gamma khổng lồ phát ra từ một vật thể dày đặc, thêm vào bằng chứng cho thấy một lỗ đen khổng lồ nằm ở trung tâm của thiên hà.
