天体生物学（英语：astrobiology），旧称外空生物学（xenobiology），是一门研究在宇宙中生命起源、生物演化、分布和未来发展的交叉学科，并不只限于地外生物，或包括对地球生物的研究。在天体物理学上，指研究天体上存在生物的条件及探测天体上是否有生物存在，研究太阳系除地球外其他行星及其卫星上和其他恒星的行星系上可能存在生命现象的理论，以及探讨探测方法和手段的。 地外生物学（exobiology）是天体生物学的子集，研究范围较为专门：包括在地球以外寻找生命，以及地外环境对生物的影响。

天体生物学综合物理学、化学、生物学、分子生物学、生态学、行星科学、地理学与地质学多个方面，焦点研究在探讨生命的起源、散布和演进，探讨在其他世界是否可能有生命存在，帮助辨识与地球生物圈环境不同的其他生物圈。英文中的「astrobiology」来自希腊语的αστρον（astron= 星体），βιος（bios= 生命），以及 λογος（logos= 词/科学）。一些天体生物学的研究课题包括：

Astrobiology is the study of the origin, evolution, distribution, and future of life in the universe: extraterrestrial life and life on Earth. Astrobiology addresses the question of whether life exists beyond Earth, and how humans can detect it if it does (the term exobiology is similar but more specific—it covers the search for life beyond Earth, and the effects of extraterrestrial environments on living things).