天體物理學在天文學的分支當中是一個非常重要的組成部分，同時它也是物理學的分支之一。總的來說，天體物理學主要是利用物理學的技術，方法和理論，對天體的形態結構、物理條件、化學組成、演化規律進行深入研究的一門學科。我們所熟知的天體物理學包括有太陽物理學、恆星物理學、宇宙學、星系天文學等等，當然還有高能天體物理學、空間天文學、射電天文學這些少見的分支。
我們要分析來自天體的電磁輻射，必然要利用到物理學的技術和方法。通過這些技術和方法能夠得到天體的各種物理參數，然後在物理理論的基礎之上，用這些參數來闡明發生在天體上的物理過程及其演變。這是實測天體物理學和理論天體物理學在這個學科上的重要任務。天體上時常會出現一些奇特的現象，這些奇特的現象在無形當中不斷地啟發和推動現代物理學的進一步發展。同時某些天體所具有的極端條件以及宇宙環境，為物理學的研究提供了極好的天然實驗室，而我們所說的輻射原子核等離子體等這些理論作為物理學當中的重要內容，為類星體、宇宙線、星際塵埃的研究奠定了堅實的基礎。
古希臘天文學家在公元前129年就開始目測恆星光度，直到1609年伽利略使用光學望遠鏡對天體進行觀測，並且繪製出了最早期的月面圖，之後會更發現了土星光環和獵戶座星雲。哈雷發現了恆星，老赫歇爾開創了恆星天文學，這些都是物理學英語時期的重要理論成果。到了19世紀中葉，我們所瞭解到的分光學，光度學以及照相術被廣泛地運用到了天體的觀測研究。這三種物理方法對天體的結構、化學組成、物理狀態的研究形成了非常完整的科學體系，因此天體物理學成為了一門獨立的分支學科。
天體物理學的進一步發展，推動了天文觀測和研究不斷出現新的成果和新的發現，基爾霍夫曾經對太陽光譜的吸收線作出了科學的解釋。他認為吸收線是光球所發出的連續光譜，被太陽大氣吸收而導致的一種現象，這一發現使得分光鏡研究恆星的時代到來。在1864年，高色散度的攝譜儀出現，它觀測恆星認證出了某些元素的譜線。在此基礎之上，又根據多普勒效應測定了一些恆星的視向速度，到1885年，皮克尼首次開創用物端稜鏡拍攝光譜的先河，並且對光譜進行了分類。之後天文學家通過對行星狀星雲和瀰漫星雲的研究，在仙女座的星雲當中發現了許多新星。這些突破性的發現使得天體物理學不斷向前發展，基爾霍夫曾經根據熱力學的規律總結了太陽光譜的夫琅和費線的理論。由此斷言太陽上存在著某些和地球上一模一樣的化學元素，這個理論的提出也成為了理論天體物理學的一個重要開端。
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