Muito do conhecimento atual em astronomia foi descoberto durante o século XX. Com a ajuda do uso da fotografia, objetos menos brilhantes foram finalmente observados. Ficou claro que o Sol fazia parte de uma galáxia formada por bilhões de estrelas. A existência de outras galáxias, um dos tópicos do "Grande Debate", foi estabelecida de forma definitiva por Edwin Hubble, que identificou a nebulosa de Andrômeda como uma galáxia diferente, além de muitas outras a grandes distâncias, afastando-se de nossa galáxia.
A Cosmologia Física, uma disciplina de grande intercessão com a astronomia, realizou grandes avanços no século XX, com o modelo do Big Bang quente fortemente apoiado pelas evidências fornecidas pela astronomia e pela física, como o redshift de galáxias bem distantes e de fontes de rádio, aradiação cósmica de fundo em micro-ondas, a lei de Hubble e a abundância cosmológica de elementos químicos.[
