Η αστρονομική φασματοσκοπία είναι η επιστήμη που χρησιμοποιεί τη φασματοσκοπία για να καταλάβει από ποια στοιχεία αποτελούνται τα αστρονομικά σώματα, όπως τα αστέρια, οι πλανήτες και τα νεφελώματα. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να υπολογιστεί πώς κινούνται αυτά τα αντικείμενα, χρησιμοποιώντας τη μετατόπιση Doppler.

Η μελέτη της φασματοσκοπίας και των φασμάτων χρησιμοποιείται στην αστρονομία για να βοηθήσει τους επιστήμονες να μελετήσουν ολόκληρο το φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, συμπεριλαμβανομένου του ορατού φωτός, το οποίο εκπέμπεται από τα αστέρια και άλλα θερμά ουράνια αντικείμενα. Η φασματοσκοπία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εύρεση ιδιοτήτων μακρινών άστρων και γαλαξιών. Μπορεί να βρει τη χημική τους σύνθεση, τη θερμοκρασία, την πυκνότητα, τη μάζα, την απόσταση, τη φωτεινότητα και τη σχετική τους κίνηση χρησιμοποιώντας μετρήσεις του φαινομένου Doppler.