Los telescopios espaciales, que en realidad deberían llamarse observatorios espaciales, son aparatos que se encuentran en órbita alrededor de la Tierra, más allá de la atmósfera. Esto les permite lograr observaciones de alta resolución que en algunos casos son imposibles de conseguir desde observatorios terrestres, sometidos a la influencia atmosférica. Estos telescopios cuentan con una serie de instrumentos para analizar el Universo, aunque algunos se especializan sólo en ciertos rangos (ej. el telescopio Hubble en el rango visual, el telescopio Chandra en el rango de rayos X). Estos aparatos representan un enorme paso en la astronomía moderna, donde gracias a los avances propios en astronáutica, ha sido posible poner en órbita estos verdaderos laboratorios científicos, que permiten a la astronomía profesional tener imágenes de los sectores más remotos del Universo. Existen numerosos observatorios espaciales en órbita. Para efectos prácticos sólo se mencionarán los más conocidos y representativos actualmente.

Telescopio Espacial Hubble: El telescopio Hubble (Hubble Space Telescope [HST], por sus siglas en inglés) es un aparato especializado en observaciones astronómicas en el rango visible, puesto en órbita el 1990 como proyecto conjunto entre NASA y ESA. Tiene la enorme ventaja de no ser afectado por la atmósfera, ya que se halla en órbita terrestre a 593 km de altura y por tanto puede obtener datos que para observatorios terrestres son muy difíciles o bien imposibles. El Hubble ha hecho importantes descubrimientos astronómicos, así como proporcionado hermosas imágenes de objetos celestes, siendo esta última la razón principal de su admiración en todo el mundo.

Telescopio Espacial Spitzer: El telescopio Spitzer (Spitzer Space Telescope [SST], por sus siglas en inglés) es un aparato que se especializa en observaciones astronómicas en el rango infrarrojo, puesto en órbita el 2003 como proyecto de la NASA. Con este telescopio se busca estudiar objetos fríos emitiendo en infrarrojo, rango del espectro que es significativamente absorbido por la atmósfera terrestre y por tanto necesario de estudiar desde otras condiciones, como las que proporciona Spitzer desde el espacio, orbitando a la Tierra. Spitzer, al igual que el Hubble, ha proporcionado bastantes datos e imágenes de vastas regiones del Universo.

Telescopio Espacial Chandra: El telescopio Chandra de rayos X es un aparato especializado en observaciones astronómicas en el rango de rayos X, puesto en órbita en 1999 como proyecto de la NASA. Con este telescopio se busca estudiar específicamente las emisiones de rayos X de los objetos celestes, rango que también se mayormente absorbido por la atmósfera terrestre, siendo necesario para su estudio un telescopio de estas características, orbitando a la Tierra fuera de la influencia atmosférica. Es especialmente útil para estudiar objetos exóticos y procesos violentos de la evolución estelar, que suelen ir acompañados por grandes destellos de rayos X.

Observatorio Solar y Heliosférico: Este observatorio espacial (SOlar and Heliospheric Observatory [SOHO], por sus siglas en inglés), es un aparato especalizado en observaciones astronómicas de nuestro Sol, puesto en órbita en 1995 como proyecto conjunto de NASA y ESA. Con el SOHO se han aportado importantes datos en la comprensión del Sol, siendo particularmente importante su uso en la predicción de llamaradas solares o el flujo del viento solar. El seguimiento de la actividad solar permite revelar datos sobre el comportamiento de nuestra estrella, como el flujo de manchas solares y las temperaturas en sus distintas capas. Un aspecto curioso de SOHO es que ha descubierto por sí mismo más de 1.000 cometas cercanos al Sol, imposibles de ver desde la Tierra debido a la fuerte luminosidad de nuestra estrella.