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宇宙学或宇宙论（英语：Cosmology）[注 1]，是对宇宙整体的研究，并且延伸探讨至人类在宇宙中的地位。虽然宇宙学这个词是最近才有的，但人们对宇宙的研究已经有很长的一段历史，牵涉到科学、哲学、神秘学以及宗教。
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最近，天文物理学在物理宇宙学（借由科学观察与实验来了解宇宙）的发展上扮演了核心的角色。这个学科专注在宇宙最为巨观且最早期的面向，一般被理解为由大爆炸起头。大爆炸指的是空间的膨胀，而到目前为止，宇宙被认为于137亿年前由此膨胀产生。从宇宙剧烈的发生直至它的结束，科学家认为宇宙的整个历史是一个有秩序的、且在物理定律的支配之下的进程。
物理宇宙学是物理学和天体物理学的分支，专门研究宇宙的物理起源及其演化。这学科亦会从最大的尺度去研究宇宙的本质。
在过往，希腊哲学家认为天是一个天球，当中的机械原理，就成为了现时天体力学的内容。在当时，阿里斯塔克斯、亚里士多德及托勒密曾提出过几个不同的天体学理论，当中以托勒密用来解说天体运作的地心说被广为接受，直到16世纪时为哥白尼所推翻，并得到开普勒及伽里略等人提出的新日心说理论所取代。这事件成为了宇宙物理学的一个最著名的认识论断裂的例子。
随着牛顿及其于1687年出版的《自然哲学的数学原理》的出现，长久以来有关天体的运动问题终于被解决了。牛顿为开普勒定律的机制提供了物理上的解释，而他的万有引力定律使过往难以解释的各种奇特天文现象，例如行星逆行的现象，都可以透过行星间的引力相互作用而解释。牛顿的天体学理论与先前的理论在根本上最大的分别，在于哥白尼原则只提出地球在宇宙里没有特殊地位，而牛顿却更进一步的指出：不论是天体和地球，两者皆遵守着相同的物理法则。这一点在宇宙物理学的进展来说是很重要的。
近代宇宙学通常以1917年爱因斯坦发表广义相对论做为分界。爱因斯坦于论文《广义相对论的宇宙学考量》（该论文在第一次世界大战前并未普遍流传到德国之外）中发表广义相对论。广义相对论暗示物理学家诸如威廉·德西特、卡尔·史瓦西及亚瑟·爱丁顿等人去探究这理论的天文现象，这使天文学者有能力去探究极远处的天体。在这之前，物理学家都假设宇宙是稳定无变化的。
另一方面，宇宙学有个历史悠久的说法：宇宙结构曾经达到顶峰。威尔逊山的天文学家哈罗·沙普利推崇仅由一个银河恒星系统所组成的宇宙模型，而希伯·柯蒂斯反驳此想法，认为这只是以自己所在的螺旋星系做推测，是岛宇宙。双方之争在1920年4月26日的华盛顿国家科学院会议中达到高潮，史称“沙普利-柯蒂斯之争”。此辩论的结论促使爱德温·哈伯在1923到1924年间去观测仙女座星系中的超新星。这些星体的位置后来确认了银河系外围附近螺旋星系的距离。
随后爱因斯坦于1917年的论文中引入宇宙常数，再度创造了研究宇宙的可能性。因宇宙常数的大小可能导致宇宙膨胀，于是比利时牧师乔治·勒梅特于1927年提出大霹雳模型，随后由哈勃在1929年发现的红移与1964年阿诺·彭齐亚斯与罗伯特·威尔逊所发现的宇宙微波背景辐射证实。这些发现第一步排除了许多替代的宇宙模型。
最近由COBE及WMAP卫星观测的宇宙微波背景提供了很有意义的结果。当这些观测与一种称为宇宙暴涨模型（标准大霹雳模型的规范）的预测吻合时，在许多科学家眼中，这将宇宙学由非常投机的科学化成预测的科学，进入了近代的“宇宙学黄金年代”。
其他相关学说：
- 电浆宇宙学
- 稳态理论
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