ดาราศาสตร์วิทยุ (อังกฤษ: Radio astronomy) เป็นสาขาหนึ่งของดาราศาสตร์เชิงสังเกตการณ์ที่เฝ้าศึกษาวัตถุท้องฟ้าในช่วงความถี่ของคลื่นวิทยุ การตรวจจับพบคลื่นวิทยุจากวัตถุทางดาราศาสตร์ (ในทางช้างเผือก) เป็นครั้งแรกเกิดขึ้นในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1930 ต่อมาหลังสงครามโลกครั้งที่สองจึงมีความคืบหน้าในการแยกแยะแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุในอวกาศที่แตกต่างกัน คือจากดาวฤกษ์ ดาราจักร และวัตถุท้องฟ้าประเภทใหม่ๆ ที่ค้นพบเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เช่น ดาราจักรวิทยุ พัลซาร์ และเมเซอร์ การค้นพบการแผ่รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาลนับเป็นการค้นพบที่สำคัญที่สุด การสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุสามารถทำได้โดยกล้องโทรทรรศน์วิทยุเดี่ยวๆ หรือใช้การเชื่อมต่อกล้องโทรทรรศน์หลายตัวและทำงานร่วมกันก็ได้ วิธีหลังจะทำให้สามารถจับภาพของแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุได้โดยไม่ต้องกำหนดมุมสังเกตการณ์เสียก่อน