Kosmologia teoretyczna zajmuje się badaniem struktury i ewolucji Wszechświata jako systemu, konstruując teorie i porównując ich przewidywania z obserwacjami, stanowiąc naturalne uzupełnienie kosmologii obserwacyjnej. W szczególności, przedmiotem badań kosmologii teoretycznej są statystyczne przewidywania dotyczące struktury Wszechświata, w tym modelowanie rozwoju pierwotnych zaburzeń, prowadzących do powstania galaktyk, a także modelowanie najwcześniejszych etapów ewolucji Wszechświata (teoria inflacji, teorie ciemnej energii i kosmologia strunowa, tj. kosmologia oparta na teorii strun).
Za początek kosmologii teoretycznej przyjmuje się rok 1917, kiedy Einstein użył nowo powstałej ogólnej teorii względności do skonstruowania pierwszego, cylindrycznego modelu kosmologicznego[1]. Kosmologię teoretyczną można więc uznać za starszą od kosmologii obserwacyjnej.