La radioastronomie est une branche de l'astronomie qui s'occupe de l'observation du ciel dans le domaine des ondes radio. C'est une science relativement jeune qui a fait ses débuts dans les années 1930.
Karl Jansky découvrit un signal radio avec une période de 23 heures 56 minutes, soit un jour sidéral, la période caractéristique du passage des étoiles fixes, c'est le premier signal radio d'origine extra-terrestre capté sur Terre. En 1937, Grote Reber, n'ayant pas réussi à se faire engager dans l'équipe de Jansky, construisit un radiotélescope à ses propres frais pour explorer l'espace dans le domaine radio, en amateur. Il fut pratiquement le seul à faire de la radioastronomie pendant 10 ans. Après la Seconde Guerre mondiale, les recherches commencèrent sur une plus grande échelle avec du matériel militaire recyclé (radars). Le 25 mars 1951, Harold Ewen et Edward Purcell détectèrent la raie 21 cm de l'hydrogène neutre dans la Voie lactée avec une antenne cornet. En 1963, Arno Allan Penzias et Robert Woodrow Wilson découvrent le rayonnement fossile du Big Bang prévu par George Gamow en essayant d'éliminer un bruit de fond dans leur équipement de transmission. En 1967, Jocelyn Bell Burnell détecta le premier pulsar, et son directeur de thèse Antony Hewish reçut le prix Nobel de physique.
Afin d'obtenir suffisamment de signal, certaines antennes sont gigantesques, par exemple le radiotélescope d'Arecibo a un diamètre de 305 mètres. Pour obtenir une résolution fine, on utilise des réseaux d'antennes et même des Very Large Array.
Comme pour l'astronomie optique, il existe des radioastronomes amateurs.