মহাকাশ অনুসন্ধান হলো জ্যোতির্বিদ্যা ও এ সম্পর্কিত প্রযুক্তি ব্যবহার করে মহাকাশের গবেষণা। মহাকাশ অনুসন্ধান প্রধানত জ্যোতির্বিদরা টেলিস্কোপের মাধ্যমে করে থাকে, তবে শারীরিকভাবে অনুসন্ধানটি মানব বিহীন রোবটিক মহাকাশযান ও মানব মহাকাশ যাত্রার মাধ্যমে করা হয়। মহাকাশ অনুসন্ধান ও এর শাস্ত্রীয় রূপ জ্যোতির্বিদ্যা উভয়ই মহাকাশ বিজ্ঞানের প্রধান উৎস।

যদিও নির্ভরযোগ্য লিপিবদ্ধ ইতিহাসের আগে থেকেই মহাকাশে বস্তুর পর্যবেক্ষণ বা জ্যোতির্বিজ্ঞান বিদ্যমান, ঊনবিংশ শতাব্দীর মাঝে বড় ও আপেক্ষিকভাবে কার্যকরী রকেটের উন্নয়নের মাধ্যমে মহাকাশের বাস্তবিকভাবে অনুসন্ধান সম্ভব হয়েছে। পৃথিবীর সবচেয়ে প্রথম বৃহৎ-মাপের গবেষণামূলক রকেট প্রোগ্রাম ছিল ওপেল-আরএকে(Opel-RAK)। ১৯২০ দশকের শেষের দিকে এটি ফ্রিচ ভোন ওপেল এবং ম্যাক্স ভ্যালারের তত্ত্বাবধানে ছিল। এর থেকেই পরবর্তীতে সর্বপ্রথম মানববাহী রকেট গাড়ি ও রকেট প্লেন তৈরি হয়েছিল। এটিই পরে নাৎসি কালীন ভি২ প্রোগ্রাম এবং ১৯৫০ সালের পরবর্তীতে যুক্তরাষ্ট্র ও সোভিয়েতের কার্যক্রমের পথ তৈরি করে দিয়েছিল। ওপেল-আরএকে প্রোগ্রামটির ভূমি ও বাতাস বাহী বাহন জনগণকে অসাধারণভাবে প্রদর্শনের কারণে বৃহৎ জনসমাগম আকর্ষিত হয়েছিল এবং এর পাশাপাশি বিশ্বব্যাপী মানুষজন উৎসাহী হয়েছিল। এটিকে "রকেট রম্বেল"(rocket rumble)ও বলা হতো এবং এটি পরবর্তীতে ওয়ার্নার ভন ব্রাউনের মতো মহাকাশ উড্ডয়নে পথপ্রদর্শকদের উপর দীর্ঘমেয়াদি প্রভাব ফেলেছিল। মহাকাশ অনুসন্ধানের যৌক্তিকতার মধ্যে সাধারণ কয়েকটি হলো বৈজ্ঞানিক গবেষণার উন্নয়ন, জাতীয় সম্মান, বিভিন্ন দেশের একতা, মানবজাতির ভবিষ্যত অস্তিত্ব নিশ্চিত করা এবং অন্য দেশের বিরুদ্ধে মিলিটারি ও কৌশলগত প্রক্রিয়ায় তৈরি করা।