การสำรวจอวกาศ คือการใช้วิทยาการด้านดาราศาสตร์และอวกาศเพื่อสำรวจและศึกษาห้วงอวกาศภายนอก[1] การศึกษาอวกาศในทางกายภาพสามารถทำได้ทั้งโดยยานอวกาศที่ควบคุมโดยมนุษย์หรือโดยหุ่นยนต์การเฝ้าสังเกตการณ์วัตถุท้องฟ้า หรือที่เรียกว่าวิชาดาราศาสตร์ ได้กระทำกันมานานดังปรากฏในบันทึกประวัติศาสตร์ ทว่าการใช้จรวดเชื้อเพลิงเหลวขนาดใหญ่ที่เริ่มขึ้นในช่วงต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 ทำให้การสำรวจอวกาศในทางกายภาพมีความเป็นจริงเป็นจังมากขึ้น ความก้าวหน้าในการสำรวจอวกาศเป็นผลจากงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่ล้ำยุครวมถึงการร่วมมือระหว่างประเทศเพื่อความอยู่รอดในอนาคตของมนุษย์ชาติ ขณะเดียวกันก็เป็นการสร้างประโยชน์ในทางทหารหรือทางกลยุทธ์ที่เหนือกว่าประเทศอื่นๆ ในบางครั้งจึงมีการวิพากษ์วิจารณ์ถึงประโยชน์ของการสำรวจอวกาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในประเด็นเรื่องค่าใช้จ่ายและความปลอดภัยครั้งหนึ่งการสำรวจอวกาศเป็นประเด็นการแข่งขันที่สำคัญระหว่างขั้วอำนาจ เช่นในระหว่างสงครามเย็น การสำรวจอวกาศยุคใหม่ช่วงแรกเป็นการแข่งขันกันระหว่างสหภาพโซเวียตกับสหรัฐอเมริกา ได้แก่ การส่งยานที่สร้างด้วยมนุษย์ออกไปโคจรรอบโลกได้เป็นครั้งแรกในดาวเทียมสปุตนิก 1 ของสหภาพโซเวียต เมื่อ 4 ตุลาคม ค.ศ. 1957 และการพิชิตดวงจันทร์เป็นครั้งแรกของยานอพอลโล 11 ของสหรัฐอเมริกาเมื่อ 20 กรกฎาคม ค.ศ. 1969 โดยมากโครงการสำรวจอวกาศของโซเวียตจะสามารถบรรลุเป้าหมายเป็นครั้งแรกได้ก่อน ภายใต้การนำของ Sergey Korolyov และ Kerim Kerimov เช่นการส่งนักบินอวกาศออกไปนอกโลกได้เป็นครั้งแรกใน ค.ศ. 1961 (ยูริ กาการิน เป็นนักบินอวกาศคนแรกของโลก) การออกเดินในอวกาศครั้งแรกใน ค.ศ. 1965 (อเล็กซี เลโอนอฟ) และการส่งสถานีอวกาศแห่งแรก (สถานีอวกาศซัลยูต 1) ในปี ค.ศ. 1971 อย่างไรก็ดี วัตถุชิ้นแรกที่สร้างโดยมนุษย์และออกไปถึงระดับอวกาศเป็นครั้งแรก คือจรวด V2 ของนาซีเยอรมนีที่ใช้ในช่วงแรกๆ ของสงครามโลกครั้งที่สอง