Thiên văn học quang học bao gồm nhiều quan sát qua kính viễn vọng nhạy cảm trong phạm vi của ánh sáng khả kiến (kính thiên văn quang học). Nó bao gồm hình ảnh, nơi một hình ảnh của một số loại được làm bằng vật; phép đo sáng, trong đó đo lượng ánh sáng đến từ một vật thể hoặc quang phổ, nơi mà sự phân bố của ánh sáng đó đối với bước sóng của nó được đo, trạng thái phân cực của ánh sáng đó được đo. Một ví dụ về quang phổ học là nghiên cứu các đường quang phổ để hiểu được loại vật chất mà ánh sáng đi qua. Thiên văn học quang học cũng bao gồm nhìn trời đêm. Thiên văn học quang học là một phần của thiên văn học và khác với thiên văn học khác dựa trên các loại ánh sáng không nhìn thấy được trong phổ bức xạ điện từ, chẳng hạn như sóng vô tuyến, hồng ngoại, cực tím, tia X và tia gamma.