Gökbilim veya Astronomi, gök cisimlerini onların kökenlerini, evrimlerini, fiziksel ve kimyasal özelliklerini açıklamaya çalışmak üzere gözlemleme bilimidir. Gökbiliminin sınırlı ve özel bir alan olan gök mekaniği ile karıştırılmaması gerekir.
Gökbilim daha açık bir deyişle, yörüngesel cisimleri ve Dünya atmosferinin dışında gerçekleşen, yıldızlar, gezegenler, kuyrukluyıldızlar, kutup ışıkları, galaksiler (gökadalar) ve kozmik fon radyasyonu gibi gözlemlenebilir tüm olay ve olguları inceleyen bilim dalıdır. Evrende bulunan her çeşit maddenin dağılımını, hareketini, kimyasal bileşimini, evrimini, fiziksel özelliklerini ve birbirleriyle etkileşimlerini inceler.
Astronomi terimi eski Yunanca’daki astron ve nomos (άστρον et νόμος) sözcüklerinden türetilmiş olup, « yıldızların yasası » anlamına gelir. Astronomilerin ve kuyruklu yıldızların keşfindeki katkıları gözönüne alınırsa, gökbilim amatörlerin de halen etkin bir rol oynayabildikleri nadir bilimlerden biridir.
Gökbilim yeryüzündeki en eski bilimlerden biri olarak kabul edilir. Arkeolojik bulgular en eski çağlarda bile insanların gökbilim hakkında bilgileri olduğunu ortaya koymaktadır. Neolitik çağda bile insanlar ekinoksların periyodik karakterini, mevsimlerle ilişkisini ve bazı takımyıldızları bilmekteydiler. Modern gökbilim gelişimini, özellikle antik çağdaki ve onları izleyen matematikçilere ve Ortaçağ’ın sonunda keşfedilmiş gözlem aletlerine borçludur. Başlangıçta ayrılmaz bir ikili ya da paralel olarak ilerleyen Astroloji ve gökbilim zamanla yollarını birbirlerinden ayırmak zorunda kalmışlardır.