Sinh học vũ trụ là lĩnh vực nghiên cứu về nguồn gốc, tiến hóa, phân bố và tương lai của sự sống trong vũ trụ: sự sống ngoài Trái Đất và sự sống trên Trái Đất. Lĩnh vực đa ngành này bao gồm việc tìm kiếm các môi trường có thể sống được trong Hệ mặt trời và các hành tinh có thể cư trú được bên ngoài Hệ mặt trời, tìm kiếm bằng chứng về các hóa chất giúp hình thành sự sống, nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và thực địa nguồn gốc và tiến hóa ban đầu của sự sống trên Trái Đất, và nghiên cứu về khả năng của sự sống trong việc thích nghi với các thách thức trên Trái Đất và ngoài không gian.[2] Sinh học vũ trụ trả lời cho câu hỏi liệu có sự sống trên ngoài Trái Đất không, và làm thế nào loài người phát hiện ra nếu điều đó thực sự xảy ra.[3] (Thuật ngữ exobiology có nghĩa tương tự nhưng cụ thể hơn — nó bao gồm tìm kiếm về sự sống ngoài Trái Đất, và nghiên cứu những ảnh hưởng của môi trường ngoài Trái Đất lên sinh vật sống)[4]Sinh học vũ trụ sử dụng nhiều ngành, bao gồm vật lý, hóa học, thiên văn, sinh học, sinh học phân tử, sinh thái học, khoa học hành tinh, địa lý và địa chất, để nghiên cứu về khả năng có sự sống trong các thế giới khác và để giúp nhận ra các sinh quyển mà có thể khác biệt với sinh quyển trên Trái Đất.[5][6] Nguồn gốc và sự tiến hóa ban đầu của sự sống cũng là một phần không thể tách rời được của sinh học vũ trụ.[7] Nó cũng quan tâm đến việc lý giải các dữ liệu khoa học hiện có. Mặc dù việc phỏng đoán cũng rất có ích, nhưng sinh học vũ trụ chủ yếu quan tâm đế các giả thiết phù hợp vững chắc với các lý thuyết khoa học.Hóa học của sự sống có thể đã bắt đầu một thời gian sau Big Bang 13,8 tỷ năm trước, trong một giai đoạn có thể sống được khi vũ trụ mới chỉ 10-17 triệu năm tuổi.[8][9][10] Theo thuyết tha sinh (panspermia), sự sống ở kích thước hiển vi—được phân tán bởi thiên thạch, các tiểu hành tinh và các thiên thể nhỏ khác trong Hệ mặt tròi—có thể tồn tại khắp nơi ngoài vũ trụ.[11] Mặc dù vậy, Trái Đất là nơi duy nhất trong vũ trụ được biết là có sự sống.[12][13] Hơn 99% tổng số loài, lên tới con số 5 tỷ,[14] từng sống trên Trái Đất được cho là đã tuyệt chủng.[15][16] Số lượng loài ước tính hiện có trên Trái Đất là từ 10 đến 14 triệu loài,[17] trong số đó khoảng 1,2 triệu loài đã được ghi nhận và mô tả, và còn hơn 86% vẫn chưa được mô tả.[18]Các ước tính về vùng sống được xung quanh các ngôi sao,[19][20] cùng với khám phá về hàng trăm hành tinh ngoài hệ mặt trời và hiểu biết mới về các môi trường sống cực đoan trên Trái Đất, gợi ý rằng có thể có nhiều nơi sống được trong vũ trụ hơn là các tính toán trước đây. Vào ngày 4 tháng 11 năm 2013, các nhà thiên văn dựa trên dữ liệu tàu không gian Kepler đã báo cáo rằng có thể có tới 40 tỷ hành tinh có kích cỡ như Trái Đất có quỹ đạo trong các vùng sống được quanh các ngôi sao giống mặt trời và sao lùn đỏ chỉ riêng trong dải Ngân hà.[21][22] 11 tỷ trong số các hành tinh này có thể đang xoay quanh các ngôi sao giống mặt trời.[23] Theo các nhà khoa học này, hành tinh như thế gần Trái Đất nhất cách đây 12 năm ánh sáng.[21][22]Người ta đã đề xuất rằng virus rất có khả năng sẽ được tìm thấy trên các hành tinh mang sự sống khác.[24] Nhà sinh học vũ trụ Chandra Wickramasinghe và Fred Hoyle cho rằng virrus gây nên đại dịch cúm năm 1918 đến Trái Đất qua thiên thạch.[25] Các nỗ lực nhằm khám phá sự sống trong quá khứ cũng như hiện tại trên sao Hỏa là một lĩnh vực nghiên cứu năng động. Vào ngày 24 tháng 1 năm 2014, NASA thông cáo rằng các nghiên cứu hiện tại trên sao Hỏa do tàu thăm dò Curiosity và Opportunity tiến hành giờ đây sẽ là tìm kiếm bằng chứng về sự sống trong quá khứ, bao gồm tìm kiếm sinh quyển dựa trên các vi sinh vật dị dưỡng, hóa dưỡng và/hoặc dinh dưỡng hóa năng vô cơ, cũng như bằng chứng về nước trong quá khứ, bao gồm các môi trường sông hồ có thể chứa sự sống.[26][27][28][29] Cuộc tìm kiếm bằng chứng về khả năng sống được và carbon hữu cơ trên sao Hỏa giờ là một ưu tiên của NASA.[26]