天体生物学（英文：Astrobiology），指研究天体上存在生物的条件及探测天体上是否有生物存在的学科。天体生物学是20世纪90年代初在美国兴起的全新的科学研究领域或思维方式。在该学科领域，人们关心人类思考的终极问题：生命在宇宙中是如何起源和演化的，生命在宇宙中的存在环境和未来。

香港大学地球科学系的李一良教授的《天体生物学概要》认为，天体生物学整合了天文学、行星科学、地球科学、生命科学和空间探索技术等领域，并且一出现就成为这些学科的前沿。在天文学的时间和空间尺度上，天体生物学探讨对生命至关重要的非金属元素氢-碳-氮-氧-磷-硫，以及金属元素例如镁、铁等在宇宙创生、星系和恒星演化过程的核合成和分布，以及这些过程对宜居住行星在恒星系中的密度和分布的制约。

在行星系统尺度上，天体生物学比较太阳系各行星的物理、化学和地质特征，并试图据此建立太阳系和其他行星系统的宜居住带的模型。地球上生态系统的起源和演化是天体生物学最重要的研究内容。地球从一个炙热的无生命世界逐渐演变成一个适宜生命产生和演化的宜居住行星，是了解宇宙中生命的产生和演化的唯一例子。

天体生物学比较地球上的极端环境、极端环境中的生命，并结合对地球历史上地质和生物事件的重建，试图建立宇宙中生命在类似地球的行星上起源和演化的普适模型。寻找地球以外的生命世界是人类空间探索的终极使命。天体生物学根据对地球上生命的认识，确定了液态水、水-岩石相互作用化学是微生物生命存在的基本条件和证据，并据此确定了最近行星探索技术的发展方向。

香港大学理学院的李一良教授等四位学者组成了「天体生物学研究组」(Astrobiology Group)，汇聚微生物学、地球科学、行星物理学及红外线太空学等范畴的顶尖专家，以最实在的科学证据与分析，探索太空生物之秘。小组近期更有突破性研究成果，包括首次发现「最接近火星生命」的微生物群，获得权威学术刊物《自然》(Nature)及美国《国家科学院院刊》(PNAS)刊登，广受国际注视。