Astronomische spectroscopie is het onderzoek in de astronomie dat gebruik maakt van de techniek spectroscopie. Dit zijn metingen aan het elektromagnetisch spectrum van elektromagnetische straling, inclusief zichtbaar licht. In de astronomische spectrografie wordt de stralingsenergie die ontstaat uit sterren en andere hemelobjecten gemeten en onderzocht. Zo'n spectrale analyse kan vele eigenschappen van sterren blootleggen, zoals hun chemische opmaak, temperatuur, dichtheid, massa, afstand, lichtkracht en relatieve snelheid aan de hand van het dopplereffect. Spectroscopie wordt ook gebruikt om gegevens te verzamelen van andere hemelobjecten zoals planeten, nevels en gaswolken, sterrenstelsels en actieve sterrenstelsels.