การสำรวจอวกาศ คือการใช้วิทยาการด้านดาราศาสตร์และอวกาศเพื่อสำรวจและศึกษาห้วงอวกาศภายนอก การศึกษาอวกาศในทางกายภาพสามารถทำได้ทั้งโดยยานอวกาศที่ควบคุมโดยมนุษย์หรือโดยหุ่นยนต์
การเฝ้าสังเกตการณ์วัตถุท้องฟ้า หรือที่เรียกว่าวิชาดาราศาสตร์ ได้กระทำกันมานานดังปรากฏในบันทึกประวัติศาสตร์ ทว่าการใช้จรวดเชื้อเพลิงเหลวขนาดใหญ่ที่เริ่มขึ้นในช่วงต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 ทำให้การสำรวจอวกาศในทางกายภาพมีความเป็นจริงเป็นจังมากขึ้น ความก้าวหน้าในการสำรวจอวกาศเป็นผลจากงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่ล้ำยุครวมถึงการร่วมมือระหว่างประเทศเพื่อความอยู่รอดในอนาคตของมนุษย์ชาติ ขณะเดียวกันก็เป็นการสร้างประโยชน์ในทางทหารหรือทางกลยุทธ์ที่เหนือกว่าประเทศอื่นๆ ในบางครั้งจึงมีการวิพากษ์วิจารณ์ถึงประโยชน์ของการสำรวจอวกาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในประเด็นเรื่องค่าใช้จ่ายและความปลอดภัย
ครั้งหนึ่งการสำรวจอวกาศเป็นประเด็นการแข่งขันที่สำคัญระหว่างขั้วอำนาจ เช่นในระหว่างสงครามเย็น การสำรวจอวกาศยุคใหม่ช่วงแรกเป็นการแข่งขันกันระหว่างสหภาพโซเวียตกับสหรัฐอเมริกา ได้แก่ การส่งยานที่สร้างด้วยมนุษย์ออกไปโคจรรอบโลกได้เป็นครั้งแรกในดาวเทียมสปุตนิก 1 ของสหภาพโซเวียต เมื่อ 4 ตุลาคม ค.ศ. 1957 และการพิชิตดวงจันทร์เป็นครั้งแรกของยานอพอลโล 11 ของสหรัฐอเมริกาเมื่อ 20 กรกฎาคม ค.ศ. 1969 โดยมากโครงการสำรวจอวกาศของโซเวียตจะสามารถบรรลุเป้าหมายเป็นครั้งแรกได้ก่อน ภายใต้การนำของ Sergey Korolyov และ Kerim Kerimov เช่นการส่งนักบินอวกาศออกไปนอกโลกได้เป็นครั้งแรกใน ค.ศ. 1961 (ยูริ กาการิน เป็นนักบินอวกาศคนแรกของโลก) การออกเดินในอวกาศครั้งแรกใน ค.ศ. 1965 (อเล็กซี เลโอนอฟ) และการส่งสถานีอวกาศแห่งแรก (สถานีอวกาศซัลยูต 1) ในปี ค.ศ. 1971 อย่างไรก็ดี วัตถุชิ้นแรกที่สร้างโดยมนุษย์และออกไปถึงระดับอวกาศเป็นครั้งแรก คือจรวด V2 ของนาซีเยอรมนีที่ใช้ในช่วงแรกๆ ของสงครามโลกครั้งที่สอง
การสำรวจอวกาศเริ่มต้นมานานตั้งแต่สมัยโบราณชาวมายาได้วาดภาพปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ต่างๆ ชาวอียิปต์โบราณได้สร้างพีระมิดที่ชี้ถึงดวงดาวต่างๆ ที่ประเทศอังกฤษมีการสร้างสโตนเฮจซึ่งคาดการณ์ว่า สร้างขึ้นเพื่อบอกตำแหน่งของดวงอาทิตย์และมีการเสนอข้อมูลของดวงอาทิตย์ขึ้นมาได้แก่ ดวงอาทิตย์เป็นลูกไฟกลมดวงหนึ่ง และมีการเสนอ แนวคิดที่ว่าดวงอาทิตย์หมุนรอบโลกและแนวคิดของนิโคลัส โคเปอร์นิคัสที่เสนอว่าความจริงแล้วโลกหมุนรอบดวงอาทิตย์และมีการประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์สำหรับสังเกตการณ์วัตถุท้องฟ้าต่างๆและไขปริศนาต่างๆของวัตถุท้องฟ้าได้ แต่เพิ่งจะมีการเดินทางไปสู่อวกาศสำเร็จเป็นครั้งแรกและจริงจัง ในปีค.ศ.1957หรือเมื่อ59ปีที่ผ่านมานี้เอง
วันที่ 4 ตุลาคม ค.ศ. 1957 สหภาพโซเวียตได้สร้างดาวเทียมดวงแรกของโลกชื่อว่า"สปุตนิก1"และโซเวียตได้ส่งมันสู่อวกาศเป็นครั้งแรก
วันที่ 3 พฤศจิกายน ค.ศ. 1957 สหภาพโซเวียตได้ประดิษฐ์ดาวเทียมที่ชื่อว่า"สปุตนิก2"พร้อมกับได้ส่งสุนัขชื่อ"ไลก้า"ไปพร้อมกับดาวเทียมด้วย ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตชนิดแรกของโลกที่ขึ้นสู่อวกาศเป็นครั้งแรก
วันที่ 2 มกราคม ค.ศ. 1959 สหภาพโซเวียตได้ประดิษฐ์ดาวเทียม"ลูน่า1"และได้ส่งมันขึ้นสู่อวกาศเพื่อให้มันเข้าพุ่งชนพื้นผิวดวงจันทร์ และนำข้อมูลของพื้นผิวดวงจันทร์กลับมายังโลกแต่ประสบความล้มเหลวเนื่องจากดาวเทียมลูน่า1ได้หลุดไปโคจรรอบดวงอาทิตย์แทน
วันที่ 14 กันยายน ค.ศ. 1959 หลังจากลูน่า1ประสบความล้มเหลวโซเวียตได้ประดิษฐ์"ลูน่า2"และได้ส่งมันขึ้นสู่อวกาศอีกครั้งโดยคราวนี้พุ่งชน พื้นผิวของดวงจันทร์ได้สำเร็จและนำข้อมูลกลับมายังโลกเป็นครั้งแรกของโลกที่ดาวเทียมไปถึงพื้นผิวของดาวดวงอื่นที่ไม่ใช่โลก
วันที่ 12 เมษายน ค.ศ. 1961 สหภาพโซเวียตได้สร้างยานวอสต็อก1แล้วส่งขึ้นไปโคจรรอบโลกพร้อมกับได้ส่ง ยูริ กาการิน ไปโคจรรอบโลกพร้อมกับยานวอสต็อก1ด้วย ยูริ กาการินจึงเป็นนักบินอวกาศคนแรกของโลกที่ออกไปนอกโลก
ค.ศ. 1964 สหรัฐอเมริกาได้ส่งยานสำรวจอวกาศชื่อว่า"มารีเนอร์4"ไปสำรวจดาวอังคารและถ่ายภาพพื้นผิวดาวอังคารกลับมายังโลก ซึ่งทำให้รู้ว่าดาวอังคารมีหลุมอุกกาบาตจำนวนมากเช่นเดียวกับดวงจันทร์และพบปากปล่องภูเขาไฟจำนวนมาก
วันที่ 20 กรกฎาคม ค.ศ. 1969 สหรัฐอเมริกาได้ส่งยานอพอลโล11พร้อกับนักบินอวกาศคนแรกของโลกที่ได้เหยียบ พื้นผิวของดวงจันทร์
ปี ค.ศ. 1971 สหภาพโซเวียตได้ส่งยานสำรวจอวกาศ"มาร์3"ลงจอดบนดาวอังคารเพื่อวิเคราะห์สภาพพื้นผิว อุณหภูมิ ภูมิศาสตร์ ชั้นบรรยากาศ รวมถึง สนามแม่เหล็กบนดาวอังคาร
ปี ค.ศ. 1971 สหรัฐอเมริกาได้ส่งยานมารีเนอร์9ไปสำรวจดาวอังคารอีกครั้งและพบ ภูเขาไฟ น้ำแข็งที่ขั้วดาว และตรวจพบดาวบริวารของดาวอังคาร2ดวงซึ่งได้รับการตั้งชื่อ ในเวลาต่อมาว่า"โฟบอส"และ"ดีมอส"
ปี ค.ศ. 1975 สหรัฐอเมริกาได้ส่งยานไวกิ้ง1ไปดาวอังคารพร้อมกับได้ส่งยานไวกิ้ง2ตามไป เพื่อสำรวจพื้นผิวหุบเขา ร่องรอยของสิ่งมีชีวิตบนดาวอังคาร
เดือนกุมภาพันธ์ ค.ศ. 1986 สหภาพโซเวียตได้ส่งสถานีอวกาศที่ชื่อว่าเมียร์ออกไปโคจรรอบโลกได้สำเร็จ มีการทดลองและสังเกตการณ์ทางวิทยาศาสตร์ต่างๆมากมายซึ่งเป็นสถานีอวกาศสถานีแรกของโลก
ปี ค.ศ. 1997 สหรัฐอเมริกาได้ปล่อยหุ่นยนต์สี่ล้อชื่อ"โซเจอร์เนอร์"จากยานพาทไฟน์เดอร์ลงสู่พื้นผิวดาวอังคารข้อมูล ถ่ายภาพ วิเคราะห์ส่วนประกอบของ หิน และ ดินบนดาวอังคารส่งกลับมายังโลก
การสำรวจอวกาศนั้นมีข้อดีหลายประการไม่ว่าจะเป็นการที่รู้ข้อมูลของดาวเคราะห์ต่างๆ เพื่อนำไปใช้ในการตั้งถิ่นฐานนอกโลก การสังเกตการณ์สิ่งที่จะเข้าพุ่งชนโลกหรือการทำนาย วันเวลาที่อุกกาบาตหรือดาวหางพุ่งชนโลกหรือการสังเกตจุดดำบนดวงอาทิตย์ทำนายความรุนแรงของพายุสุริยะ เพื่อได้เตรียมการแก้ไขปัญหาต่างๆได้ล่วงหน้า
