เนื่องจากประสิทธิภาพที่สูงแบบควอนตัมของ CCDs, ความเป็นเชิงเส้นของเอาต์พุตของพวกมัน (นับหนึ่งสำหรับหนึ่งโฟตอนของแสง), ความสะดวกในการใช้งานเมื่อเทียบกับแผ่นฟิล์ม และความหลากหลายของเหตุผลอื่นๆ, CCDs จะถูกนำมาใช้อย่างรวดเร็วโดยนักดาราศาสตร์สำหรับ เกือบทั้งหมดของการใช้งาน UV-ถึง-อินฟาเรด

เสียงรบกวนจากอุณหภูมิและรังสีคอสมิคอาจเปลี่ยนแปลงพิกเซลในอาร์เรย์ของ CCD เพื่อตอบโต้ผลกระทบดังกล่าว นักดาราศาสตร์ถ่ายภาพหลายครั้งด้วยชัตเตอร์ CCD ที่ปิดและเปิด ค่าเฉลี่ยของภาพที่ถ่ายด้วยชัตเตอร์ปิดเป็นสิ่งที่จำเป็นเพื่อลดเสียงรบกวนอิสระ เมื่อถูกพัฒนา ภาพ เฉลี่ย dark frame จะถูกหักออกจากภาพที่เปิดชัตเตอร์ เพื่อลบ dark current และความผิดพลาดที่เป็นระบบอื่นๆ(พิกเซลตาย, พิกเซลร้อน ฯลฯ ) ใน CCD

กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล, โดยเฉพาะอย่างยิ่ง, ได้พัฒนาอย่างมากในชุดของขั้นตอน ("pipeline การลดข้อมูล") เพื่อแปลงข้อมูล CCD ดิบให้เป็นภาพที่มีประโยชน์[19]กล้อง CCD ที่ใช้ในการถ่ายภาพอวกาศ มักจะต้องการการติดตั้งที่มีความทนทานเพื่อรับมือกับ การสั่นสะเทือนจากลมและแหล่งอื่นๆ พร้อมกับน้ำหนักที่มากของแพลตฟอร์มการถ่ายภาพส่วนใหญ่ เพื่อถ่ายภาพยาวๆของกาแลคซีและเนบิวล่า นักดาราศาสตร์หลายคนใช้เทคนิคที่เรียกว่า auto-guiding ตัว autoguiders ส่วนใหญ่ใช้ชิป CCD ตัวที่สองเพื่อเฝ้าดูการเบี่ยงเบนระหว่าง การถ่ายภาพ ชิปนี้สามารถตรวจพบข้อผิดพลาดได้อย่างรวดเร็วในการติดตามและออกคำสั่งให้มอเตอร์ที่ขี่อยู่เพื่อแก้ไขให้พวกมัน

การประยุกต์ใช้ทางดาราศาสตร์ทั้ไม่ปกติที่น่าสนใจของ CCDs ทีถูกเรียกว่า drift-scanning, ใช้ CCD เพื่อทำให้กล้องเทเลสโคปทำตัวเหมือนกล้องโทรทรรศน์ตามร่องรอยและติดตามการเคลื่อนไหวของท้องฟ้า ประจุใน CCD จะถูกถ่ายโอนและอ่านในทิศทางขนานกับการเคลื่อนที่ของท้องฟ้าและที่ความเร็วเท่ากัน ด้วยวิธีนี้ กล้องเทเลสโคปสามารถสร้างภาพท้องฟ้าแสดงภูมิภาคขนาดใหญ่กว่าสาขาของมุมมองปกติ การสำรวจท้องฟ้าของ สโลน ดิจิทัล เป็นตัวอย่างที่ มีชื่อเสียงที่สุดของงานนี้ โดยการใช้เทคนิคเพื่อผลิตชุดที่แน่นอนของการสำรวจท้องฟ้าที่ใหญ่ที่สุดและก็ยังประสบความสำเร็จ

นอกเหนือไปจากดาราศาสตร์ CCDs ยังถูกใช้ในเครื่องมือการวิเคราะห์ทางดาราศาสตร์ เช่น spectrometer