空间天文的观测活动均是在大气层之外进行的，需要借助运载工具将相应的观测设备运送到大气层之上。运载工具是进行空间天文观测的基地，没有它，探测设备无法上“天”。在空间天文中广泛使用的运载工具有高空科学气球、探空火箭、天文卫星、航天飞机、宇宙飞船和空间站等。除此之外，在空间红外天文测量中，曾经有过通过大型运输机改装而成的柯伊伯机载天文台以及747机载同温层红外天文观测台。

空间天文学是在航天时代这个大的环境下快速发展起来的，从气球、火箭到人造卫星，为人类开辟了一个十分重要的认识宇宙的窗口，使空间天文学迅速发展起来。尽管各种运载工具的特点和应用范围不同，但在空间天文学的发展中均发挥过重要作用。