從公元前129年古埃及天文學(xué)家喜帕恰斯目測(cè)星體光度起，中間經(jīng)過1609年伽利略使用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天體，勾畫月面圖，1655～1656年惠更斯發(fā)覺木星光環(huán)和獵戶座星云，后來還有哈雷發(fā)覺星體自行，到十八世紀(jì)老赫歇耳開創(chuàng)星體天文學(xué)，這是天體化學(xué)學(xué)的蘊(yùn)育時(shí)期。
十九世紀(jì)中葉，三種化學(xué)方式——分光學(xué)、光度學(xué)和照像術(shù)廣泛應(yīng)用于天體的觀測(cè)研究之后，對(duì)天體的結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、物理狀態(tài)的研究產(chǎn)生了完整的科學(xué)體系，天體化學(xué)學(xué)開始成為天文學(xué)的一個(gè)獨(dú)立的分支學(xué)科。
天體化學(xué)學(xué)的發(fā)展，使得天文觀測(cè)和研究不斷出現(xiàn)新成果和新發(fā)覺。1859年，基爾霍夫?qū)μ柌ㄗV的吸收線(即夫瑯和費(fèi)譜線)做出科學(xué)解釋。他覺得吸收線是光球所發(fā)出的連續(xù)波譜被太陽大氣吸收而成的天文學(xué)和天體物理學(xué)的關(guān)系，這一發(fā)覺促進(jìn)了天文學(xué)家用分光鏡研究星體；1864年，哈根斯用高色散度的攝譜儀觀測(cè)星體，證認(rèn)出個(gè)別元素的譜線，之后按照多普勒效應(yīng)又測(cè)定了一些星體的視向速率；1885年天文學(xué)和天體物理學(xué)的關(guān)系，皮克林首先使用物端棱鏡拍攝波譜，進(jìn)行波譜分類。通過對(duì)行星狀星云和彌漫星云的研究，在仙女座星云中發(fā)覺新星。這種發(fā)覺使天體化學(xué)學(xué)不斷向廣度和深度發(fā)展。
1859年﹐基爾霍夫依據(jù)熱力學(xué)規(guī)律解釋太陽波譜的夫瑯和費(fèi)線﹐斷定在太陽上存在著個(gè)別和月球上一樣的物理元素﹐這表明﹐可以借助理論化學(xué)的普遍規(guī)律從天文實(shí)測(cè)結(jié)果短發(fā)析出天體的內(nèi)在性質(zhì)﹐是為理論天體化學(xué)學(xué)的開端。
理論天體化學(xué)學(xué)的發(fā)展緊密地依賴于理論化學(xué)學(xué)的進(jìn)步﹐幾乎理論化學(xué)學(xué)每一項(xiàng)重要突破﹐就會(huì)大大促進(jìn)理論天體化學(xué)學(xué)的前進(jìn)。二十世紀(jì)二十年代初量子理論的完善﹐使深入剖析星體的波譜成為可能﹐并由此構(gòu)建了星體大氣的系統(tǒng)理論。三十年代原子核化學(xué)學(xué)的發(fā)展﹐使星體能源的疑惑獲得滿意的解決﹐進(jìn)而使星體內(nèi)部結(jié)構(gòu)理論迅速發(fā)展﹔而且根據(jù)赫羅圖的實(shí)測(cè)結(jié)果﹐確立了星體演變的科學(xué)理論。1917年愛因斯坦用廣義相對(duì)論剖析宇宙的結(jié)構(gòu)﹐創(chuàng)辦了相對(duì)論宇宙學(xué)。
1920年，薩哈提出星體大氣電離理論，通過埃姆登、史瓦西、愛丁頓等人的研究，關(guān)于星體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的理論漸趨成熟；1905年，赫茨普龍?jiān)谟^測(cè)基礎(chǔ)中將部份星體分為球星和矮星；1913年，羅素按絕對(duì)星等與波譜型勾畫星體分布圖，即赫羅圖；1916年，亞當(dāng)斯和科爾許特發(fā)覺相同波譜型的球星波譜和矮星波譜存在細(xì)微差異，并確立用波譜求距離的分光視差法。1938年，貝特提出了氫聚變?yōu)榘钡臒岷朔磻?yīng)理論，成功地解決了主序星的產(chǎn)能機(jī)制問題。
1929年，哈勃在研究河外星系波譜時(shí)，提出了哈勃定理，這極大地促進(jìn)了星體天文學(xué)的發(fā)展；1931～1932年，央斯基發(fā)覺了來自銀河系中心方向的宇宙無線電波；四十年代，美國軍用雷達(dá)發(fā)覺了太陽的無線電幅射，自此射電天文蓬勃發(fā)展上去；六十年代用射電天文手段又發(fā)覺了類恒星、脈沖星、星際分子、微波背景幅射。
1946年日本開始用尼克斯在離地面30～100公里高度處拍攝紫外波譜。1957年，蘇俄發(fā)射人造月球衛(wèi)星，為大氣內(nèi)層空間觀測(cè)創(chuàng)造了條件。之后，日本、西歐、日本也陸續(xù)發(fā)射用于觀測(cè)天體的人造衛(wèi)星。世界各國已發(fā)射數(shù)目可觀的宇宙飛行器，其中裝有各種類型的偵測(cè)器，用以偵測(cè)天體的紫外線、x射線、γ射線等波段的幅射。自此天文學(xué)步入全波段觀測(cè)時(shí)代。