Астрофізика вивчає будову, фізичні властивості космічних об’єктів та явища, що відбуваються у світовому просторі. Предметом досліджень астрофізики є область Всесвіту розміром понад 10 млрд. світлових років, яка спостерігається за допомогою телескопів, працюючих в видимому, інфрачервоному, радіодіапазонах, а засобами позаатмосферної астрономії – в ультрафіолетовому, рентгенівському та гамма-діапазонах. Висновки астрофізики використовуються в зоряній астрономії, позагалактичній астрономії, космології та космогонії. Космологія – наука про загальні закономірності будови та розвитку Всесвіту. Космогонія – наука про походження та еволюцію небесних тіл.
Найбільш вагомі, революційні досягнення, які сформували астрофізику як науку, сталися на початку ХХ ст., а також у 50-70р.р.ХХст., внаслідок яких була сформована об’єктивна, науково обґрунтована картина світу, який нас оточує.
Від примітивного геоцентризму середньовіччя пройдено великий шлях, внаслідок чого з’явилась можливість не тільки спостерігати, а й вивчати та аналізувати немислимі в земних умовах фізичні процеси, які протікають в астрофізичних об’єктах, досліджуючи лише їх випромінювання, найчастіше неймовірно слабке через величезні відстані. Основи сучасної астрофізики закладені А.Еддінгтоном – засновником теорії будови та еволюції зірок, Е.Хабблом – відкривачем галактик та закону космологічного розширення Всесвіту, а також Д.Джинсом, М.Шварцшильдом, І.Шкловським, І.Новіковим, С.Хоукінгом, М.Кардашевим, В.Гінзбургом, Я.Зельдовичем, С.Чандрасекаром та багатьма іншими. Астрофізика межує з квантовою ядерною фізикою, фізикою плазми, теоретичною фізикою тощо, використовуючи їх досягнення та методи досліджень, водночас збагачуючи їх .
За сучасними поглядами, Всесвіт сформувався внаслідок Великого вибуху, що стався з сингулярного стану 15-18 млрд. років тому. Відтоді триває космологічне розширення Всесвіту, й воно, можливо, зміниться стисканням. Внаслідок поступової втрати кінетичної енергії виникли локальні гравітаційні конденсації гігантських мас речовини, що утворили певну сітчасту структуру (теорія „млинців” Зельдовича), з яких згодом сформувалися скупчення та надскупчення галактик. Ці величезні утворення розділені порожнинами у десятки мегапарсек. В межах скупчення речовина фрагментується з утворенням галактик – систем з міжзоряного газу, пилу та зірок, які мають певну структуру, та розмір від тисяч до 100000 св. років і більше. В галактиках в епохи зоретворення виникають зірки, а навколо них – планети. В межах скупчень галактик в далекому минулому відбувались грандіозні вибухові процеси щонайменш окремих галактик, після яких настала тривала стадія вторинної гравітаційної конденсації, в якій ці утворення перебувають і зараз. Швидкість еволюції зірок та галактик залежить насамперед від їх маси. Тому на прикладі маломасивних галактик зараз можна вивчати ті процеси, які відбувались у масивних галактиках мільярди років тому. Крім того, величезні відстані зумовлюють те, що ми спостерігаємо об’єкти не такими, якими вони є нині, а якими вони були в минулому. Тому необхідно окремо класифікувати об’єкти, відносно близькі від нас, нехтуючи невеликим розбігом часу, і об’єкти, які являють собою еволюційні типи. Все це стало остаточно зрозумілим лише в 60-70 роках ХХ ст.
Основу досліджень астрофізики складають процеси, що протікають в зірках, з урахуванням їх еволюції. Відкриття нейтронних зірок, пульсарів, чорних дірок склали революцію в астрофізиці в другій половині ХХ ст.