从整体上研究现代宇宙的结构和演化规律的天文学分支学科。1917年，爱因斯坦发表的《根据广义相对论对宇宙学所作的考查》一文，提出了有限无界的宇宙模型，成为本学科的先声。1927年，美国天文学家又发现了星系的视星等与红移之间存在着线性的关系，成为现代观测宇宙学的开端。1932年，勒梅特提出了宇宙演化学说即大爆炸宇宙说的雏形。进入40年代后，伽莫夫、阿尔费尔和赫尔曼等人把核物理学知识和宇宙膨胀理论结合起来，发展了大爆炸理论，并用此来说明化学元素的起源。