红外天文学的主要研究对象是可以观测到红外辐射的天体，是天文学和天文物理学的一个重要分支。可见光的波长范围大约为400纳米（蓝色）至700纳米（红色），波长比700纳米长但仍比微波短的电磁波称为红外线（有时也称为次微米波）。红外天文学有时也视为可见光天文学的一部份，因为反射镜、透镜等光学元件基本上都能用于红外观测。

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。