日本の天文学研究（主にスペースからの観測）の中心研究機関の一つ。前身は東京大学附置研究所の一つであった宇宙航空研究所。1981年に東京大学を離れて大学共同利用機関宇宙科学研究所となった。2003年10月に、宇宙開発事業団、航空宇宙技術研究所と統合して独立行政法人宇宙航空研究開発機構（JAXA: Japan Aerospace Exploration Agency）となった際に、その中の宇宙科学研究本部となった。2010年4月に名称を再び宇宙科学研究所とした。本部は神奈川県相模原市にある。
1979年に最初のX線天文衛星「はくちょう」を打ち上げて以来、大学と協力しつつ、X線天文衛星、太陽観測衛星、赤外線天文衛星、電波天文衛星などの天文衛星を数多く打ち上げた。また、惑星空間探査衛星や月惑星探査機など地球および惑星科学分野の研究、および宇宙工学の研究も行っている。2010年6月には小惑星「イトカワ」に到達したはやぶさ探査機が60億 kmの旅を経て地球に帰還し話題となった。2018年6月には後継機のはやぶさ２探査機が小惑星リュウグウに到達した。
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