红外线天文学是天文学和天文物理学的重要分支，主要研究可观测红外辐射的天体。该学科覆盖波长介于700纳米至1毫米之间的电磁波谱范围（长于可见光但短于微波波段）。部分观测技术与可见光天文学存在通用性，如反射镜、透镜等光学元件均可用于近红外波段探测，因此有时也被视为可见光天文学的延伸。通过地面高海拔干燥地区（如莫纳克亚山天文台、阿塔卡玛大型毫米波天线阵）的望远镜进行观测时需采用液氮冷却设备以降低热干扰，而地基干涉仪技术可获取高分辨率红外数据。空间观测通过斯皮策太空望远镜等专用设备及哈勃望远镜等载荷实现，机载平台如同温层红外线天文台则利用高空低水汽环境提升观测效果。

现代的红外天文学

波长接近可见光的红外线称为近红外线，它与可见光非常相似，可以使用相似的设备探测。因此近红外光谱通常视为可见光光谱的一部分，近紫外线也是一样。多数光学望远镜都能用于探测近红外线。

像所有其他波段的电磁辐射，红外线让天文学家对宇宙有了更深入的了解。普通低温物体的热辐射大部分能量集中在红外波段，因此红外望远镜需要远离热源，并且尽可能地使用液氮等冷却剂将设备冷却至极低的温度，这一点在中红外和远红外波段的观测上尤为重要。由于地球大气层中的水汽会强烈地吸收某些波段的红外线，因此地基红外望远镜必须建造在海拔高、且非常干燥的地点。在地球上合适的地点有海拔4,205米高的莫纳克亚山天文台，在智利5,000米高处的阿塔卡玛大型毫米波天线阵 (ALMA)，和位于南极洲的Dome C。

宇宙空间是进行红外天文观测的理想场所，斯皮策太空望远镜等红外天文卫星是专门用于红外观测的，许多空间光学望远镜（如哈勃望远镜）也能进行红外观测。

红外线天文学的另一种观测方法是利用飞机来进行的，像是同温层红外线天文台(SOFIA)和柯伊伯机载天文台。

飞行在大气的高层(同温层)，只有少许的水汽存在于望远镜和太空之间，使大兴收的红外线大为减少。

残余的红外线背景辐射(经由吸收剩余的)能够经由清理的技术予以移除，只留下干净的空间进行观测。

在地面上分辨率最好的红外线观测是由天文学的干涉仪获得的。