天体写真（てんたいしゃしん、英:astrophotography ）とは、天体（惑星、衛星、恒星、彗星、星座、星雲、星団など）を撮影した写真のこと。天文写真と呼ばれることもある。

天体写真の被写体は多様であり、満天の星空や天の川を標準ズームレンズや魚眼レンズで撮影した写真（星野写真という）、望遠レンズや望遠鏡を使った星雲・星団の写真、望遠鏡を使った太陽系天体の写真、一時的に現れる彗星や流星、日食や月食などを撮影した写真などがある[1]。

また、特にデジタルカメラの出現による高感度・高解像度化により、風景と星空をあわせて撮影する「星景写真」と呼ばれるジャンルが出現した[1]。
天体写真の歴史動画から補正された土星の映像宇宙望遠鏡が捉えた超新星
観測天文学における天体写真

世界初の実用的な写真術は1830年代にフランス人のルイ・ジャック・マンデ・ダゲール（1787 - 1851年）によって発明された[2][3]。ダゲールは1839年に世界で初めて天体（月）の撮影に挑戦した人物でもある[2]。このヨウ化銀を使用した撮影法は、同年8月19日にパリ天文台長のアラゴーによって「銀板写真法」として発表された[3]。同年、この撮影法を改良してアメリカのジョン・ウィリアム・ドレーパー（英語版）が月の撮影に成功し、世界初の天体写真となった[3]。

その後、フーコーの振り子で知られるレオン・フーコーが写真技術に着目し、まず顕微鏡写真に応用する研究に取り組んで実用化しており、1845年にはアルマン・フィゾー（1819 - 1896年）とともに世界初の太陽写真を撮影した[2]。

20世紀初頭の天体写真観測の普及は、肉眼による観測を中心としていた観測天文学の進歩にとって大きな変革となった[4]。

臭化銀などの光化学反応によって、銀粒子の黒みとして乾板上に記録する写真技術は、客観的な検証が困難で「見た、見なかった」という論争も起きることがあった観測天文学にとって画期的であった[4]。乳剤写真観測は量子効率は高くはないが、長時間光を蓄積することができ、肉眼では及ばない感度を達成することができた[4]。また、写真乾板は保存性もよく、何年か経過しても観測の客観的な再現が可能となった[4]。乾板の撮影に使用された天体写真儀（アストログラフ、アストロカメラ）は、当時一般に普及していたカメラと比較すると広視野で、明るさや収差が補正された光学系の機器だった[5]。これらによる天体写真観測によって天文学は20世紀に大きく飛躍した[4]。

1980年代になると観測天文学における光検出器の主流は、従来の写真乾板やフィルムからCCD（電荷結合素子）に置き換わっていった[4]。光をとらえる効率は、従来の写真乾板やフィルムでは1%程度しかなかったが、光電効果を利用したCCDでは入射光子の最大約80%を捕えて電子（光電子）に変換することが可能である[4]。比較すると写真乳剤粒子のムラは再現性がないが、CCDの画素感度ムラは小さく再現性が良い[4]。

CCDも当初は撮像面積の小ささが欠点になっていたが、大型かつ隣接配置が可能なCCDの開発など改良が進められた[4]。1990年代には受光センサーを液体窒素やペルチェ素子で冷却することによって熱雑音の影響を抑える冷却CCDカメラが天文台では一般化した[1]。