Uzay gözlemevi, uzayda bulunan ve uzaktaki nesneleri gözlemlemek için kullanılan herhangi bir araçtır (teleskop gibi). Gezegenler, yıldızlar, galaksiler ve diğer dış uzay nesneleri görüntülenebilir ve kaydedilebilir. Bu kategori, keşif, meteoroloji ve diğer türden bilgi toplama amacıyla yeryüzüne yöneltilen uzaydaki gözlemevlerini içermez.
Dünya'dan uzaya yapılan tüm gözlemler Dünya'nın atmosferinden süzülür. Atmosfer, görülen ve kaydedilenleri filtreler ve bozar.
Uydu tabanlı teleskoplar evreni insan gözüne açtı. Dünya atmosferindeki türbülans, yer tabanlı teleskoplar tarafından çekilen görüntüleri bulanıklaştırır, bu da görme olarak bilinen bir etkidir. Yıldızların gökyüzünde "parıldamasını" sağlayan da bu etkidir. Sonuç olarak, uydu teleskopları tarafından görünür ışıkta çekilen resimler (örneğin, Hubble Uzay Teleskobu tarafından), Dünya merkezli teleskoplar çok büyük olmasına rağmen, Dünya merkezli teleskoplardan çok daha nettir.
Uzay tabanlı astronomi, optik ve radyo pencerelerinin dışındaki frekans aralıkları için hayati önem taşımaktadır. Örneğin, X-ışını astronomisi Dünya'dan yapıldığında neredeyse imkansızdır. Astronomideki bugünkü önemine yörüngedeki X-ışını teleskopları sayesinde ulaşmıştır. Kızılötesi ve morötesi de atmosfer tarafından büyük ölçüde engellenir. Uzay gözlemevlerinin çoğu alçak Dünya yörüngesindedir.

