Διαστημικό παρατηρητήριο είναι κάθε όργανο (όπως ένα τηλεσκόπιο) στο διάστημα που χρησιμοποιείται για την παρατήρηση μακρινών αντικειμένων. Μπορούν να παρατηρηθούν και να καταγραφούν πλανήτες, αστέρια, γαλαξίες και άλλα αντικείμενα του διαστήματος. Στην κατηγορία αυτή δεν περιλαμβάνονται τα διαστημικά παρατηρητήρια που είναι στραμμένα προς τη γη με σκοπό την αναγνώριση, τη μετεωρολογία και άλλους τύπους συλλογής πληροφοριών.
Κάθε παρατήρηση του διαστήματος από τη Γη φιλτράρεται μέσω της γήινης ατμόσφαιρας. Η ατμόσφαιρα φιλτράρει και παραμορφώνει αυτό που βλέπουμε και καταγράφουμε.
Τα δορυφορικά τηλεσκόπια άνοιξαν το Σύμπαν στα ανθρώπινα μάτια. Οι αναταράξεις στη γήινη ατμόσφαιρα θολώνουν τις εικόνες που λαμβάνονται από επίγεια τηλεσκόπια, ένα φαινόμενο γνωστό ως seeing. Αυτό το φαινόμενο είναι που κάνει τα αστέρια να "λαμπυρίζουν" στον ουρανό. Ως αποτέλεσμα, οι εικόνες που λαμβάνονται από δορυφορικά τηλεσκόπια στο ορατό φως (για παράδειγμα, από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble) είναι πολύ πιο καθαρές από τα γήινα τηλεσκόπια, παρόλο που τα γήινα τηλεσκόπια είναι πολύ μεγάλα.
Η διαστημική αστρονομία είναι ζωτικής σημασίας για περιοχές συχνοτήτων εκτός των οπτικών και ραδιοφωνικών παραθύρων. Για παράδειγμα, η αστρονομία ακτίνων Χ είναι σχεδόν αδύνατη όταν γίνεται από τη Γη. Έχει αποκτήσει τη σημερινή της σημασία στην αστρονομία λόγω των τηλεσκοπίων ακτίνων Χ σε τροχιά. Η υπέρυθρη και η υπεριώδης ακτινοβολία εμποδίζονται επίσης σε μεγάλο βαθμό από την ατμόσφαιρα. Τα περισσότερα διαστημικά παρατηρητήρια βρίσκονται σε χαμηλή γήινη τροχιά.
