우주론은 우주를 전체적으로 다루는 천문학의 한 분야로, 우주는 무엇으로 만들어졌고 구조는 어떠한가, 우주는 어떻게 생성되고 진화되어 왔는가, 우주의 궁극적인 운명은 무엇인가와 같은 질문에 답하기 위한 학문 분야이다. 이런 질문들은 매우 근원적인 것으로 지난 수천 년 동안 종교와 철학의 주제이기도 하였다. 그러나 우주론이 과학의 주제와 대상으로 떠오른 것은 지난 수백 년 정도이고, 현재는 이 분야에 대한 많은 연구를 통하여 의미 있는 대답을 기대할만한 시점에 와있다. 우주론에서 다루는 우주는 거대한 세계로 시간과 공간 모두에서 엄청난 범위를 다루게 되는데 현대우주론에서는 놀랍게도 입자와 같은 미시세계와 우주라는 거시세계를 동시에 다루게 된다. 미시세계와 거시세계의 통합적인 연구를 통하여 초기우주의 모습을 볼 수 있고, 물질의 기원에 대하여 의미 있는 답을 제시할 수 있게 되었다. 최근까지 우주론은 비교적 관측결과가 부족하여 주로 상대성이론에 의한 이론적인 연구가 주류를 이루었으나 현대천문학의 놀라운 관측기술의 발달에 힘입어 관측우주론은 지난 20여년동안 비약적으로 발전하였다. 오늘날 가장 널리 받아들여지고 있는 대폭발 (Big Bang)우주론도 관측에 의하여 확립되었다.

우주론적 관측사실의 출발은 1928년 슬라이퍼(Slipher)가 40여개의 은하에 대한 스펙트럼을 분석하여 발견한 은하들의 후퇴운동이다. 이어서 1929년 허블은 은하의 스펙트럼에서 적색이동를 확인하였고 적색이동을 가져다 주는 은하의 후퇴속도는 은하의 거리에 비례한다는 사실을 발견하였고 이것이 허블의 법칙으로 알려지게 되었다. 허블 법칙은 우주가 팽창하고 있음을 의미한다. 허블 법칙을 식으로 표시하면 v=Hd로 여기서 v는 은하의 후퇴속도이고 d는 거리, H는 허블상수이다. 적색이동으로부터 거리를 결정하기 위하여는 필히 허블 상수 H 값을 알아야 한다. 허블상수로부터 우리는 우주의 나이, 우주의 기하학적 구조를 판단하게 해 주는 임계밀도등을 구할 수 있으므로 신뢰성있는 H 값의 결정이야말로 관측 우주론에서 가장 중요한 과제가 되었다. 그러나 은하까지의 거리를 측정하는 것이 매우 어렵기 때문에 오랫동안 허블 상수는 50-100km/sec/Mpc 정도로만 알려져 매우 불확실하였으나 최근의 허블 우주망원경에 의한 초신성 관측 결과로부터 67km/sec/Mpc임이 밝혀졌다. 허블의 팽창우주를 과거로 거슬러 가면 우주가 한 점이었을 때가 있었을 것이고 팽창이 일정하게 유지되어 왔다면 우주의 나이는 156억년 정도로 추정할 수 있다.

허블 법칙 다음으로 발견된 중요한 우주론적 관측은 1965년에 발견된 우주배경복사이다. 대폭발 우주론에 대한 이론적인 연구를 통해 현재 우주는 온도 3K 정도의 흑체 복사로 가득차 있을 것이라는 사실이 예측되었고 이러한 배경 복사가 실제로 관측되었다. 이러한 우주배경 복사는 우주에 거의 균일하게 분포되어 있어, 우주가 대폭발에 의하여 시작되었음은 물론이고 우주의 등방성과 균일성을 입증해 주고 있다. 이것은 진화하는 우주의 모형을 설정하기 위한 기본적인 가정으로 알려진 우주 원리에 부합된다.

허블 법칙이 발견되기 전에 아인슈타인은 자신의 일반상대론에 기초한 우주의 모형으로 정적인 모형을 제안하였으나 후에 허블 법칙이 발견되어 팽창우주로 수정되어야 했다. 후에 프리드만은 역시 상대성이론에 기초하고 허블 법칙에 부합하는 모형을 제시하였는데 이 모형에서는 우주의 곡률에 따라 열린 우주, 닫힌 우주, 그리고 편평한 우주가 가능하다. 현대 우주론의 또 다른 주요 과제로는 관측을 통해 이 세가지 중 어떤 것이 현재 우주와 부합하는가를 결정하는 것이다. 이것은 대단히 어려운 문제이지만 몇 가지 방법이 제시되었다. 우주의 밀도가 임계밀도보다 크면 닫힌 우주이고 적으면 열린 우주이다. 따라서 현재 우주의 밀도를 결정하면 되지만 이것은 전우주의 물질 함량을 알아야 된다. 현재까지의 결과는 관측된 우주의 밀도는 임계밀도의 수%에 지나지 않기 때문에 열린 우주인 것 같지만, 이 밀도는 하한 값으로 실제로는 보이지 않는 질량인 암흑질량 (dark mass)이 엄청난 양으로 존재한다는 사실이 알려져 결론을 내리기 어렵다.

우주의 탄생은 빅뱅(Big Bang) 이라는 뜨거운 대폭발에 의하여 시작되었다고 믿어지는데 초기 순간에는 밀도와 온도가 너무 높아 이 때의 물리적 현상들을 설명할 수 있는 이론이 아직은 없다. 그러나 대폭발부터 현재까지의 진화과정은 초기의 10-45와 10-30 초 사이에 우주가1050 배 이상 커지는 급팽창 (inflation) 시기를 지나 입자시대, 가벼운 입자시대, 복사시대, 및 물질시대를 거쳐 현재에 이른 것으로 알려져 있다.