Der Beginn der extragalaktischen Astronomie war im Jahr 1917, als der amerikanische Astronom Heber Curtis eine Sternnova in M31 beobachtete, der formalen Bezeichnung für den damaligen Großen Andromeda-Nebel. Damals dachte man, dass Spiralnebel wie Andromeda in unserer eigenen Galaxie liegen, nur ein Vielfaches größer als die unseres Sonnensystems und eine Entfernung von weniger als 50,000 Lichtjahren. Sie dachten, die Milchstraße repräsentierte das gesamte Universum.
Nachdem Curtis die Nova in M31 beobachtet hatte, durchsuchte Curtis die fotografischen Aufzeichnungen und bemerkte 11 zusätzliche Novae in der Region. Wenn M31 nur ein stellarer Nebel war, warum waren dann so viele Novae darin und warum waren diese charakteristisch lichtschwächer als andere Novae? Aus der Beobachtung heraus, dass diese Novae etwa 10 Größenordnungen schwächer waren als Novae, die in unserer eigenen Galaxie bekannt sind, erklärte Curtis, dass der Große Andromeda-Nebel tatsächlich ein „Inseluniversum“ sei, das sich von der Milchstraße unterscheidet und sich 500,000 Lichtjahre entfernt befindet . Die Astronomen akzeptierten seine Hypothese zunächst nicht, und eine wissenschaftliche Debatte begann.
1920 forderte Harlow Shapley, ein anderer amerikanischer Astronom, Curtis zu einer großen Debatte über wichtige astronomische Fragen der Zeit heraus, einschließlich der Frage, ob Spiralnebel wie Andromeda wirklich außerhalb unserer eigenen Galaxie waren. Viele Astronomenkollegen verfolgten die Debatte, aber die Endergebnisse waren nicht schlüssig. Erst 1925, als Edwin Hubble (nach dem das Hubble-Weltraumteleskop benannt ist) Beobachtungen mit dem 100-Zoll-Hooker-Teleskop, dem damals größten der Welt, veröffentlichte, hatte er die variablen Cepheid-Sterne in den Andromeda-Nebeln entdeckt und verwendet um seine Entfernung zu messen, die enorme 2.5 Millionen Lichtjahre beträgt. Die Ära der extragalaktischen Astronomie hatte begonnen und der Andromeda-Nebel wurde in Andromeda-Galaxie umbenannt.
Seit 80 Jahren ist die extragalaktische Astronomie ein aktives Forschungsgebiet. Durch die Messung der relativen Geschwindigkeit von Galaxien anhand ihrer optischen Signatur wurde festgestellt, dass sich alle Galaxien voneinander entfernen und sich das gesamte Universum ausdehnt. 1998 legten Beobachtungen von Supernovae vom Typ Ia sogar nahe, dass sich die Expansion beschleunigt. Kosmologen halten es jetzt für wahrscheinlich, dass das Universum in einem „Hitzetod“ enden wird, bei dem die beschleunigte Expansion dazu führt, dass sich alle Materie auflöst und einfriert.
Eine wichtige Episode in der extragalaktischen Astronomie ist die Entdeckung und Untersuchung von Quasaren, QUasi-stellAR-Radioquellen. Es war bekannt, dass diese hellen Punktquellen sehr leuchtend und sehr entfernt sind und zu den am weitesten entfernten bekannten Objekten gehören, von denen einige bis zu 13 Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Obwohl Quasare zum ersten Mal in den 1950er Jahren beobachtet wurden, begann sich erst in den 1970er Jahren ein wissenschaftlicher Konsens über die Natur von Quasaren abzuzeichnen: Sie waren aktive galaktische Kerne, die aus supermassereichen Schwarzen Löchern bestanden, die pro Jahrhundert Material im Wert von mehreren Sonnenmassen ansaugen und dabei enorme Mengen an Strahlung freigesetzt. Um dies zu beschreiben, wurden formale Modelle erstellt, und eines der größten Rätsel der extragalaktischen Astronomie wurde gelöst.
Heute wurden Millionen von Galaxien von Wissenschaftlern fotografiert und klassifiziert, manchmal sogar mit Hilfe der Öffentlichkeit (wie in GalaxyZoo). Galaxien sind entweder spiralförmig oder elliptisch. Es wird geschätzt, dass es im beobachtbaren Universum etwa hundert Milliarden Galaxien gibt. Interessanterweise entspricht dies ungefähr der Anzahl der Neuronen in einem menschlichen Gehirn.