Mens en bachelorgrad kan give færdighederne til at arbejde i visse omgivelser som astronom, kræver de fleste forsknings- og undervisningsstillinger i astronomi en doktorgrad. Ph.d.-programmer i astronomi tager typisk fire til otte år at gennemføre efter bachelorgraden og involverer kurser, forskning og færdiggørelse af afhandling.
I løbet af bachelor- og doktorgradsuddannelserne opnår astronomer et stærkt fundament i fysik og matematik samt specialiseret viden inden for astronomi og astrofysik. De studerer emner som stjernernes evolution, kosmologi og planetarisk videnskab. De får også praktisk erfaring gennem observation, dataanalyse og forskningsprojekter.