Астрономия — наука о Вселенной, изучающая небесные тела, звезды, планеты, кометы, астероиды, галактики и явления, происходящие в космосе. Эта область науки охватывает широкий спектр вопросов: от происхождения звезд и планет до эволюции галактик и самой Вселенной. Тысячи лет назад люди наблюдали за небом невооружённым глазом, фиксируя движение Солнца, Луны и звезд. В эпоху Возрождения развитие астрономии ускорилось благодаря изобретению телескопа Галилео Галилеем в XVII веке.

Сегодня астрономы исследуют Вселенную с помощью мощных телескопов, приспособленных для улавливания электромагнитного излучения самого разного диапазона.

В нижнем зале музея Урании на одной из стен находится тематическая экспозиция «Астрономия», на которой показаны современные астрономические исследования и достижения.

Первая часть экспозиции знакомит посетителей с инструментами для наблюдений - орбитальными и наземными телескопами, обсерваториями. Среди них: космический телескоп «Хаббл», инфракрасный космический телескоп «Спитцер», рентгеновский космический телескоп «Чандра», Европейская Южная Обсерватория в Чили, Специальная астрофизическая обсерватория РАН в Нижнем Архызе (Карачаево-Черкесия).

Экспозиция второй части посвящена результатам наблюдений – галактикам и звёздам.  Галактики представляют собой гравитационно связанные системы, состоящие из звезд, межзвездного газа и пыли. Они разные по форме и размерам. Бывают эллиптические, спиральные, неправильные, с перемычкой, дисковые галактики. У спиральных галактик, подобных нашей, звезды образуют медленно вращающийся сплюснутый диск диаметром около 100 000 световых лет.

На мониторах демонстрируются короткие тематические фильмы об астрофизических наблюдениях при помощи наземных и орбитальных телескопов, о глобальных процессах во Вселенной, столкновениях галактик, рождении и эволюции звезд.