L'astronomia ottica racchiude un'ampia gamma di osservazioni con telescopi nell'ambito della luce visibile.
Comprende la fotografia di oggetti celesti; l'astrometria[1] che misura la posizione degli stessi oggetti, la fotometria che misura l'intensità della luce; la spettroscopia che misura la distribuzione della luce rispetto alle sue lunghezze d'onda, e la polarimetria che misura lo stato di polarizzazione della luce.
Un esempio di spettroscopia è lo studio delle linee spettrali per capire che tipo di materia ha attraversato la luce.