在18～19世纪，近代天文学得到了大发展。光度学和照相术得到发展，天文学向着研究天体的物理结构和物理过程的天体物理学方向前进。由于工业生产的发展，天文望远镜及其终端设备、附属配件的性能越来越好，这就使天体测量的精确度日益提高，从而导致了一系列重大发现，如恒星自行、光行差等。天体测量学的进步则推动了天体力学的前进，使它在近代数学的基础上得到极大的发展。到了19世纪中叶，天体物理学诞生了，从此人们得以深入地认识天体的物理本质。
1716年，哈雷提出了观测金星凌日的方法来定太阳视差。经过100多年的实践，效果仍不理想。小行星发现后，德国伽勒提出改用观测小行星来定太阳视差，这个方法一直使用到现在。
1725～1728年间，布拉得雷在测定天龙座视差时发现周年光行差现象。1727～1732年他又发现章动现象，后来经过20多年的观测，他终于在1748年确认章动的存在并定出光行差常数。
天体测量学的任务是测定经纬度和钟差。1756年，德国迈耶尔导出中星仪测时基本公式；19世纪初，高斯提出同时测定纬度和钟差的多星等高法；1857年，美国太尔各特改进了18世纪丹麦赫瑞鲍的发明，提出测定纬度的太尔各特法。
在18～19世纪中，天文学家编制了许多星表，其规模越来越大，精度越来越高，其中最著名的有1798年和1805年出版的两册《布拉得雷星表》，星表对近代恒星自行的研究起过重要作用；1859～1862年发表的《波恩巡天星表》，载星324000多颗，直到20世纪50年代国际天文学联合会还要求重印这份星表及其所附星图。
由于远洋航行的需要，18～19世纪的天体力学致力于研究受到其他天体摄动的大行星和月球的运动，以求获得一份精确的历表。1748年和1752年，欧拉在研究木星和土星的相互摄动中，首创任意常数变易法，后来拉格朗日发展了欧拉的方法，导出描述轨道要素变化的拉格朗日方程。
1799～1825年，拉普拉斯出版《天体力学》，全面总结了18世纪的工作，提出了完整的大行星运动理论和月球运动理论。后来经过泊松、勒威耶、汉森等人的努力，到19世纪下半叶，纽康建立了除木星和土星以外所有6个行星的运动理论，希尔建立了木星和土星的运动理论。他们的工作至今仍是编算天文年历的依据。
早在17世纪，荷兰学者惠更斯就观察到了火星极冠。1761年，俄国罗蒙诺索夫根据金星凌日的观测，做出了金星表面有大气存在的正确结论。这一时期对大行星的研究还只限于做表面细节的观测，不断有人描绘火星表面图，1877年以后由意大利斯基帕雷利绘制的火星表面图较为有名，火星上有“运河”的设想便是他提出来的。
18～19世纪的天文学最伟大的成就之一是海王星的发现。1781年，赫歇耳偶然发现了天王星，此后40年中它的计算位置与实际观测始终不符，人们设想这是一颗未知行星对天王星摄动的结果。1844～1846年，亚当斯和勒威耶各自进行了计算，伽勒根据勒威耶的推算，在1846年9月发现了海王星。
1772年，德国波得宣布了反映行星距离规律的提丢斯-波得定则，天王星的发现也证明这条定则是正确的，因此人们开始注意并努力在这条定则所指出的木星和火星之间的空隙寻找未知天体。1801年，意大利皮亚齐发现了第一颗小行星——谷神星。高斯的计算表明，它的轨道正在木星和火星之间。第二年德国奥伯斯又发现了一颗小行星——智神星。1804和1807年又分别发现一颗小行星。
这些行星们之所以被称为小行星，是因为它们的体积都很小，它们同太阳的距离都与谷神星相似。后来，奥伯斯提出第一个小行星起源的假说，认为小行星是一颗大行星崩溃后的碎片，这个假说具有一定的正确性。此后发现的小行星逐年增加，到1876年已达172颗。
1877年，美国柯克伍德指出，由于受到木星强大的摄动，小行星空间分布区域中出现了空隙。在空隙区域里，小行星周期和木星周期成简单比例，这个发现在天体动力学的演化研究上有十分重大意义。
1758年底，哈雷彗星回归，哈雷于1705年所做的预言得到证实。此后，彗星成为天文学研究的重要对象。1811年，奥伯斯提出，彗星是由微小质点所组成的，被一种带电的斥力将它们抛向同太阳相反的方向。1877年，俄国勃列基兴按斥力和太阳引力之比将彗尾分为三种类型，由此开始了近代彗星结构理论的研究。
太阳黑子观测是在天体物理学诞生以前太阳研究中最重要的一项观测。1826～1843年，德国施瓦贝根据长达17年的观测，得出黑子有10～11年的周期变化。1849年，瑞士的沃尔夫追溯了到伽利略的观测，提出用统计方法研究黑子的消长规律，并定出标志太阳活动的指数，即沃尔夫黑子相对数。他们二人的观点至今仍为天文学界广泛使用。
1718年，哈雷把观测到的恒星所处的位置同喜帕恰斯、托勒密的观测结果相比较，发现天狼、参宿四、大角等星的位置有所变化，由此发现了恒星的自行。1748年，布拉得雷提出，恒星自行可能是太阳运动和恒星运动的综合结果。1783年，赫歇耳通过对7颗星的自行的分析，得知太阳在向武仙座方向运动，此后又通过对27颗恒星的分析，求出运动向点。1837年，德国阿格兰德尔分析了390颗星的自行，证实了赫歇耳的结论。
1814年，德国的夫琅和费制成第一架分光镜，用分光镜来观测太阳，发现了太阳的光谱线。
1859年，德国基尔霍夫和本生合作研究光谱，发表了分光学上的基本定律——基尔霍夫定律，从此天体物理学迅速发展起来，不久前发明和发展起来的光度学、照相术也为天体物理学的发展提供了重要手段。
1859年，基尔霍夫指出，太阳光谱里的黑线是因光球发出的连续光谱被太阳大气吸收而造成的。他把这些谱线和实验室里各种元素的光谱加以比较，认证出太阳上有许多地球上常见的元素，如钠、铁、钙、镍等。这些元素的发现说明太阳大气的温度很高，而光球的温度还要高得多。
1869年，英国洛基尔观测到日珥光谱中有一条橙黄色明线，认为是未知元素“氦”所形成的。26年后，英国化学家雷姆塞从地球上的矿物中把氦分离出来。1869年，美国哈克内斯发现日冕发出了一条棕色谱线。第二年经美国科学家扬测定，认为是未知元素“氟”所产生。1941年，瑞典分光学家埃德伦做出解释：氟是铁原子在高温下电离失掉14个外层电子后发出的射线。
在关注太阳光谱的同时，人们也开始注意恒星光谱。1863年，意大利塞奇用低色散摄谱仪观测恒星，进行光谱分类。1868年，他刊发了包含4000颗星的星表，将恒星光谱分成4类，并猜想他所分成的蓝白色星、黄色星、橙红色和深红色星这4类，一定与温度有相当关系。
1865年，英国的哈根斯将谱线认证工作扩充到恒星光谱，认证出参宿四、毕宿五等亮星里有钠、铁、钙等元素的谱线。他对恒星光谱线的位置进行了细致的测量，在1868年发现因多普勒效应而产生的微小的谱线位移，由此他测出恒星正在接近或离开我们的视向速度。
1885年，美国皮克林使用物端棱镜和照相方法拍得昴星团的光谱照片，由此开始了恒星光谱分类的崭新时期。1890年，美国哈佛大学天文台发表了第一份《亨利·德雷伯星表》。
19世纪下半叶，偏振光度计和光劈光度计发明，从此人们得以对恒星的光亮度进行科学的测量。1861年，德国泽尔纳刊布了第一个光度星表。1872年，有人把大陵五的光度变化解释为一颗暗星绕一颗亮星运行时彼此掩食的结果。1880年，皮克林算出了这对双星的轨道和大小。1888年，德国沃格耳根据对大陵五视向速度的研究也证实了皮克林的结果。对类似大陵五这样的食变星的研究，使人们得到许多关于恒星的物理结构的知识。
19世纪，光学由几何光学向物理光学的发展，以光学仪器为主要观测工具的天文学也由方位天文学进入了天体物理学。天体物理学的诞生标志着人类对宇宙的认识又跨入了一个新阶段，它使人类对宇宙天体的认识发生了质的飞跃。
天文史学是天文学的一个重要分支，也是自然科学史的一个组成部分，它记录人类认识宇宙的历史，探索天文学发生和发展的规律。
天文学史在中国有着悠久的历史。二十四史中的天文志和律历志中都有叙述天文学发展史的部分，中国历代著名的天文学家对中国天文学的发展都做过许多研究。唐代的《大衍历议》和元代的《授时历议》都从历法的角度对中国古代天文学的演进做过详细的论述。
这种研究天文的传统到了清代得到更大的发展。清人钱大昕、李锐和顾观光等人在天文史料的整理研究方面都曾做出重要贡献。阮元主编的《畴人传》，搜集了中国天文学家和数学家的不少史料，为后人对中国科学家进行研究提供了方便。
从五四运动到中华人民共和国成立，中国逐渐步入现代化的进程，这一时期朱文鑫等人对天文学史做了不少研究工作。新中国成立以后，一支专业的天文学史队伍开始形成，许多天文机构都有从事这方面工作的人员。50年来，中国天文学史研究在我国已取得很多成就。
近代天文学逐渐兴起，从18世纪到20世纪初的两个多世纪中，西欧国家对天文学史做了广泛的研究。法国出版了许多多卷本的天文学史著作，其中较著名的有贝里的《天文学史》两卷，部头最大的是杜恩的《世界体系》，全书共10卷，写了从柏拉图到哥白尼期间的天文研究历史。
20世纪以来，欧美各国对从古希腊到19世纪欧洲的天文学史进行了详细的研究。近几十年来，一些亚非国家的天文学史、早期美洲的天文学史、现代天文学史和考古天文学史等，都受到越来越多的注意。现在，国际天文学联合会内设有天文学史组，每年都举行国际性学术会议。
全世界的人民把整个人类认识宇宙的历史作为一个整体来研究的，是世界天文学史；研究各别地区、民族和国家的天文学发展的则是有关地区、民族和国家的天文学史。
世界天文学史和各地区、民族或国家的天文学史可以按时代划分成更小的组成部分，如考古天文学、古代天文学史、中世纪天文学史、近代天文学史和现代天文学史。
当然，各个地区、民族或国家的发展各有自己的特点，例如，埃及古代天文学、美索不达米亚天文学、希腊古代天文学等都有光辉的历史；阿拉伯天文学在中世纪曾大放异彩；在公元3～9世纪，玛雅人也创造了自己的天文历法；中国和印度则一直在创造天文学的辉煌。
记录各国、各地区、各民族在天文学上的贡献，寻找其特点，阐明它们之间的关系是天文学史的一项重要任务。
随着天文学研究内容的日益增多，分支学科越来越多，天文学史的分科也越来越细。射电天文学史、天体演化学史、宇宙论史、月球研究史、海王星发现史等目前都有专著出版。
人类认识宇宙是一个漫长的过程，在这个过程中，人是认识的主体。对天文学家、天文学派和天文机构的研究，是天文学史的基本工作。分析历史上人们发展天文事业的组织方法、科学研究方法和培养人才的方法，分析有成就的天文学家的实践活动、思维过程、治学态度、治学方法和哲学观点，总结他们的经验教训，对于今天的科研工作无疑具有借鉴的意义。
人类认识宇宙依赖观测仪器，望远镜的发明、分光仪的使用、射电技术的成功、人造卫星的发射都给天文学带来划时代的变革。因此要研究天文学史，还必须研究天文仪器和技术设备的历史。
人类历史的幼儿时期，天文学往往是伴随着占星术产生。占星术虽然是一种迷信，但是它需要观测、推算星辰的运动来预测事情的发展，因此占星术对古代天文学的发展曾有过不可忽视的影响。要探明天文学的发展规律，就必须对这种影响进行科学的研究和分析。
天文学史的研究可以阐明人类思维发展的规律，有助于人们掌握正确的宇宙观和方法论，也有助于更全面、更深刻地认识宇宙。
天文学史的研究可以让我们找到天文学发展的规律，使现在和以后的天文学研究工作有所借鉴。对于一个具体的天文学研究课题，探讨它的历史也常常可以得到重要的历史信息。
有些天文学课题的研究，如超新星爆发、地球自转速率的变化、太阳黑子等活动都十分需要长期的观测资料。在这方面，天文学史的研究可以做出许多贡献。
天文学史的研究成果充实了人类文化史的内容，有助于历史学的研究，尤其是因为时间的量度是由天体的运动决定的，所以历史上的许多年代问题往往需要用天文方法来考查，如中国历史上武王伐纣的时间、屈原的生卒年月的确定和中西历的换算等都需要天文学史工作者的帮助。
研究世界的近现代天文学史，总结近代尤其是20世纪以来天文学发展的经验教训，吸取各国成功的经验，对于中国今天发展天文科学事业具有重要的现实意义。