空间观测站是指外层空间中用于观测遥远物体的任何仪器(如望远镜)。可以观测和记录行星恒星星系和其他外空物体。这一类不包括为侦察、气象学和其他类型的信息收集目的而指向地球的空间观测站。

从地球上对空间的所有观察都要经过地球大气层的过滤。大气层会过滤和扭曲所看到和记录的东西。

卫星望远镜让人类看到了宇宙。地球大气层中的湍流使地面望远镜拍摄的图像变得模糊,这种效应被称为"视觉"。正是这种效应使星星在天空中"闪烁"。因此,卫星望远镜在可见光下拍摄的图像(例如,哈勃空间望远镜)比地基望远镜清晰得多,尽管地基望远镜非常大。

天基天文学对于光学和无线电窗口以外的频率范围至关重要。例如,X射线天文学如果从地球上进行,几乎是不可能的。由于轨道X射线望远镜的存在,它在天文学中达到了目前的重要性。红外线紫外线也在很大程度上被大气层所阻挡。大多数空间观测站都在低地球轨道上。