Un observatoire spatial est tout instrument (tel qu'un télescope) dans l'espace extra-atmosphérique qui est utilisé pour l'observation d'objets éloignés. Les planètes, étoiles, galaxies et autres objets de l'espace peuvent être observés et enregistrés. Cette catégorie n'inclut pas les observatoires dans l'espace qui sont dirigés vers la terre à des fins de reconnaissance, de météorologie et d'autres types de collecte d'informations.
Toute observation de l'espace depuis la Terre est filtrée par l'atmosphère terrestre. L'atmosphère filtre et déforme ce qui est vu et enregistré.
Les télescopes satellitaires ont ouvert l'Univers à l'œil humain. Les turbulences dans l'atmosphère terrestre brouillent les images prises par les télescopes au sol, un effet connu sous le nom de seeing. C'est cet effet qui fait "scintiller" les étoiles dans le ciel. Par conséquent, les images prises par les télescopes satellites en lumière visible (par exemple, par le télescope spatial Hubble) sont beaucoup plus nettes que celles prises par les télescopes terrestres, même si ces derniers sont très grands.
L'astronomie spatiale est vitale pour les gammes de fréquences en dehors des fenêtres optiques et radio. Par exemple, l'astronomie par rayons X est presque impossible lorsqu'elle est réalisée depuis la Terre. Elle a atteint son importance actuelle en astronomie grâce aux télescopes à rayons X en orbite. L'infrarouge et l'ultraviolet sont également largement bloqués par l'atmosphère. La plupart des observatoires spatiaux sont en orbite terrestre basse.
