Een doctoraat in de astronomie is doorgaans vereist voor een carrière als professionele astronoom. Een bachelordiploma in natuurkunde of een gerelateerd vakgebied is meestal vereist voor toelating tot een Ph.D. programma in de astronomie, gevolgd door vier tot zes jaar cursussen en onderzoek. Bovendien hebben veel werkgevers ook postdoctorale onderzoekservaring nodig, wat twee tot vier jaar kan duren. Tijdens een Ph.D. programma in de astronomie, studenten volgen cursussen in een verscheidenheid aan natuur- en astronomieonderwerpen, en doen onderzoek onder toezicht van een faculteitsadviseur. Dit onderzoek omvat doorgaans het observeren van astronomische objecten en het analyseren van gegevens. Astronomie vereist ook vaak sterke vaardigheden op het gebied van programmeren, wiskunde en data-analyse. Enkele specifieke functietitels binnen het brede vakgebied van de astronomie zijn onder meer observationeel astronoom, planetaire wetenschapper, theoretisch astrofysicus en kosmologie.