Cette branche de l'astrophysique  s'intéresse plus particulièrement à l'origine, la nature, la structure et l'évolution de l'Univers pris dans son ensemble.

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La physique classique, newtonienne, étant incapable de décrire l'univers dans son ensemble, la cosmologie a recours à la relativité générale. Albert Einstein fut l'un des premiers physiciens à proposer un modèle cosmologique moderne. Son modèle, peu conforme à la réalité perceptible par nos sens, décrit un univers homogène, fini et statique. Il a le mérite d'introduire le principe selon lequel l'univers est spatialement homogène, faisant perdre à l'Homme sa place privilégiée au sein de la mécanique céleste. 

 

Actuellement les théories cosmologiques reposent sur le principe de l'expansion de l'univers et sur les propriétés physiques de la matière qui le compose.