对西方天文学影响最早的应该可以追溯到古埃及、古印度和古巴比伦，后来经过古希腊和古罗马学者的传播较为系统地传入欧洲，并在随后形成了被称为“古典天文学体系”的相关学术体系。不过很可惜，在这一历史阶段，天文学还没有受到足够的重视。当时的欧洲，天文学被更多的人视为异教邪说，被封建势力及其内部的天文学者所排斥。后来的十字军东征为欧洲带来大批科技文明成果，其中就包括天文学。此后，又经过数百年发展，现代意义上的科学概念逐渐形成。

古希腊时期，由于交通阻塞，欧洲统治阶级并没有和东方国家一样建立起大范围的交流途径，而是建立了相对比较集中的城市统治区域。但是，生活在社会底层的穷苦人民为了谋求生存，必须不辞辛劳地在各市场之间来回奔波，这就使得他们对整个世界的了解逐渐高于统治阶级。在阶级矛盾的作用下，生活在社会底层的人民终于向最高统治者发起了冲击，并最终取得了胜利。于是，更为科学的社会观念和生存理念在欧洲大陆上活跃起来。

发源于小亚细亚地区的爱奥尼亚学派是这一时期的代表学派。公元前585年，其创始人泰勒斯曾成功预测到一次日食天象，并借此阻止了两个蛮族之间的战争。但不幸的是，波斯人最终攻陷了小亚细亚地区，爱奥尼亚学派受到战争的影响，从此开始没落，再也没有新的成果示人，并最终退出天文学史舞台。

中世纪末期，十字军东征为欧洲大陆注入了新的活力，不仅有新的科技文明从阿拉伯世界传到欧洲，先进的文化思想也开始向欧洲蔓延。天文学在经过漫长的“冬季”之后，终于迎来了新的发展契机。随着资产阶级革命的胜利，科学技术日趋成熟，瓦特蒸汽机装备轮船后，越洋远航成为可能，而茫茫大海之中，只有天上的星星可以依赖。于是，天文学“王者归来”。

因为观测仪器和相关研究成果的进步，发展到哥白尼时期的天文学开始变得异常复杂，天文学家通常需要将大量的时间花在无用功上。哥白尼通过对托勒密学说的分析研究，最终通过地球运动发现了三种共同运动，即周日、周年和岁差，彻底简化了当时繁杂的天文学理论。哥白尼对世界天文学贡献巨大，他一生致力于“日心说”的研究，并在临终前著成《天体运行论》，为现代天文科学奠定了坚实的基础。

哥白尼的学说随后还影响了一位牧师，他就是布鲁诺。布鲁诺对“日心说”进行了更加全面和深入的研究，使哥白尼的学说得到了进一步完善。在当时，布鲁诺的天文学成就已经十分接近现代科学文明。布鲁诺虽然身为牧师，但他宣扬的唯物主义观点却完全否定了上帝的存在，这在当时是绝对不能被教会势力接受的。公元1592年，布鲁诺被教会势力囚禁，并在狱中度过了整整8个暗无天日的年头，受尽非人的虐待，但布鲁诺却一直坚守自己的信仰。教会势力对布鲁诺无计可施，最后以亵渎神灵罪将他判处火刑，以阻止他继续宣扬科学理论。公元1600年2月17日，意大利文艺复兴时期最伟大的哲学家、思想家和天文学家布鲁诺为了捍卫真理，被活活烧死在了罗马的鲜花广场上。

公元1687年7月5日，人类历史上最伟大的科学家之一的艾萨克·牛顿发表《自然哲学的数学原理》，书中提出了著名的万有引力定律和牛顿三大定律，这四条定律构成一个统一的天文学体系，被后人誉为“人类历史上最伟大的智慧成就”。在随后长达3个世纪的时间里，这一天文学体系逐渐成为公认的科学观点，为现代工程学奠定了基础。牛顿的成就不仅于此，他还提出“理性主义”，认为人类的知识来源于经验和数学推理，为之后工业革命的产生奠定了坚实的基础。

时间进入20世纪，人类对太阳、月球、金星、木星、水星、火星等太阳系星体进行了清晰的观测，天文学理论被进一步完善。1930年，冥王星被发现；1931年，杨斯基发现宇宙背景辐射，随后发明无线电干涉仪，为天文学研究作出了新的贡献。1945年以后，星系的概念逐渐清晰起来，天文学研究也开始进入本星系群和外星系群的时代。

二战结束后，苏联的史波尼克一号卫星成为人类首次发射到太空的物体，第一次载人航天飞行和宇宙空间站的建立也由苏联人完成。60年代以后，美国在太空战备方面逐渐赶超苏联，但70年代以后的美国受到政治因素影响，航天事业不再是国家发展的重心。