A cosmologia constitui a disciplina que se ocupa da estrutura geral do universo e das leis que o regem. A ela se subordinam, portanto, campos mais específicos como a cosmogonia, que analisa a origem e formação dos corpos celestes, ou a cosmografia, que trata de sua descrição. Originalmente, a cosmologia se enquadrava, em todos os seus aspectos, no campo da especulação filosófica, mas, à medida que evoluíram os métodos de observação e se acumularam dados astronômicos, o conhecimento cosmológico transformou-se em um conjunto de especializações completamente científicas.

Nas civilizações antigas, a interpretação religiosa e a observação dos astros mantiveram estreita relação entre si. O homem primitivo já reproduzia símbolos e corpos celestes nas pinturas rupestres. No Egito faraônico e em outras civilizações antigas, supunha-se que a Terra fosse plana e consideravam-se as estrelas lâmpadas fixas numa abóbada giratória.

Também era generalizada a crença de que o Sol morria a cada noite para renascer na madrugada seguinte, mito que constituiu um dos princípios básicos da adoração religiosa desse astro. Para os antigos filósofos gregos, o movimento dos corpos celestes era governado por relações harmônicas de leis naturais. Cabe destacar, nesse contexto, a introdução do conceito da esfericidade da Terra, pelos pitagóricos. Alguns pensadores gregos chegaram até a imaginar que a rotação diurna da abóbada celeste era uma ilusão e que, na verdade, era a Terra que girava sobre si mesma. No entanto, tais especulações foram abandonadas e impôs-se a teoria geocêntrica, segundo a qual a Terra ficava no centro do universo, defendida por Aristóteles e considerada correta durante toda a Idade Média. Freqüentemente as interpretações cosmológicas se baseavam em idéias filosóficas preconcebidas, como as de que o círculo e a esfera eram as formas mais perfeitas, ou em noções religiosas, como a de que o homem devia estar no centro do universo.

No século II da era cristã, Cláudio Ptolomeu, de Alexandria, formulou em sua obra Almagesto a teoria de que a Terra se apresentava imóvel e rodeada de esferas transparentes que giravam a sua volta e a que se subordinavam o Sol e os planetas. A hipótese foi adotada no século XIII por santo Tomás de Aquino, cuja concepção do universo foi aceita até o século XVI, quando Nicolau Copérnico enunciou sua teoria heliocêntrica, contraposta aos princípios da época.

Segundo o astrônomo polonês, o Sol era o centro do sistema solar e a Terra um de seus planetas, que girava em órbita circular. Os tratados de Copérnico veicularam interpretações de grande interesse sobre a esfericidade da Terra, seus movimentos, a rotação no sistema solar, a translação da Lua e dos planetas. Suas idéias foram recebidas com tanta controvérsia que, até mesmo no século XVIII, ainda se ensinava na Sorbonne, em Paris, que o movimento da Terra ao redor do Sol era hipótese útil, mas falsa. Foi Galileu, com sua firme defesa do sistema copernicano, na primeira metade do século XVII, quem contribuiu decisivamente para que as teorias de Copérnico se firmassem e se desenvolvessem.

Com a ajuda do telescópio, aperfeiçoado por vários holandeses, como Hans Lippershey e Antonie van Leeuwenhoek, Galileu descobriu ser a Via Láctea formada por uma infinidade de estrelas. Também observou as crateras da Lua, as manchas do Sol e a existência de satélites ao redor de Júpiter. Essas descobertas foram complementadas por outras pesquisas como as de Johannes Kepler, e com os trabalhos de Isaac Newton, descobridor da lei da gravitação universal. O conjunto de conhecimentos do século XVII criou uma base científica a partir da qual a cosmologia adotou novas premissas e passou definitivamente do campo da filosofia para o da ciência experimental.

O desenvolvimento da cosmologia científica efetuou-se com base na dinâmica clássica. No começo do século XX, o advento da teoria da relatividade e o extraordinário progresso dos meios de observação levaram os pesquisadores a estabelecerem um conjunto de parâmetros e variáveis mediante os quais se criou uma metodologia destinada a definir a estrutura do universo e as leis que o regem.

A teoria, formulada na década de 1920, segundo a qual o universo está em expansão constitui a base da moderna cosmologia. O princípio de propagação, processo que, como se supõe, começou depois de uma grande explosão ou big bang de uma massa muito densa de gás cósmico, trouxe notável inovação ao terreno da cosmogonia, ou ciência das origens do universo.

Depois da explosão, os fótons ou corpúsculos luminosos gerados continuaram a chocar-se entre si até que as elevadíssimas temperaturas baixaram o suficiente para que os elétrons, ou partículas elementares negativas, se recombinassem com os prótons, de carga positiva, para formar átomos. Hoje, os fótons se converteram na radiação de fundo detectada por métodos radioastronômicos. Naquele momento, o universo, em expansão uniforme, continha hidrogênio e hélio. A progressiva e crescente complexidade estrutural provocou, por fim, a formação das galáxias, das estrelas e dos planetas.

Em termos gerais, a base teórica do desenvolvimento da moderna cosmologia foi a teoria geral da relatividade formulada por Albert Einstein, e coube ao astrônomo americano Edwin Powell Hubble, em 1929, do Observatório de Monte Wilson, explicar a evolução do universo real. Hubble concluiu que as galáxias eram animadas por uma velocidade que as fazia afastarem-se da Terra. A relação entre a velocidade das galáxias e sua distância da Terra constituiu o parâmetro chamado constante de Hubble (H). De acordo com a lei de Hubble, quanto maior a distância de uma galáxia, maior é a velocidade com que ela se afasta da Terra (velocidade = H x distância). Estimativas modernas situam o valor de H entre 15 e 30km por segundo por um milhão de anos-luz. A recíproca da constante de Hubble situa-se entre dez e vinte bilhões de anos, e essa escala de tempo cósmica serve como medida aproximada da idade do universo.

Segundo as modernas tendências cosmológicas, ao considerarem espaços ainda muito maiores do que os imaginados no passado, não existem no universo zonas de preferência nem centro algum. As galáxias, os sistemas estelares e os sistemas planetários se apresentam, em termos médios, com a mesma freqüência em qualquer área do universo. Aceitam-se basicamente dois modelos de expansão do universo: o do universo fechado ou esférico, cuja expansão cessaria quando ele chegasse ao tamanho máximo, para em seguida começar a contrair-se, e o do universo aberto, hiperbólico, que continuaria a expandir-se indefinidamente.