الفيزياء الفلكية (بالإنجليزية: Astrophysics) هي فرع من علوم الفضاء التي تطبق قوانين الفيزياء والكيمياء للسعي لفهم الكون، حيث يستكشف مواضيع، مثل: ولادة وحياة وموت النجوم والكواكب والمجرات وغيرها من الأجسام في الكون، كما تنشئ الفيزياء الفلكية نظريات فيزيائية للأجسام والهياكل الصغيرة والمتوسطة الحجم في الكون.
يُشير مفهوم علم الفلك إلى أنّه دراسة كل شيء في الكون خارج الغلاف الجوي للأرض، حيث يشمل الأجسام التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة، مثل: الشمس والقمر والكواكب والنجوم، كما تشمل على الأجسام التي يمكن أن نراها فقط مع المقاريب أو غيرها من الأجهزة، مثل: المجرات البعيدة والجسيمات الصغيرة
كما تعرف الفيزياء الفلكية بأنّها دراسة الأجسام الفلكية من خلال مبادئ الفيزياء، حيث يحاول علماء الفيزياء الفلكية فهم تعقيدات كوننا بفحص أشياء مثل: الشمس، والنظام الشمسي، والمواد الخارجية، والمادة المظلمة، والثقوب السوداء، والوسط بين النجوم، والأجزاء الأخرى ذات الصلة من كونيتنا، كما توفر الفيزياء النظرية أساساً لتحليل وفهم الهيئات التي هي أبعد من أن نزورها مادياً أو حتى قياساً مباشراً.