Những sự kiện thiên văn học cực hiếm từng được con người quan sát. Đài quan sát Keck từng phát hiện 47 thiên hà siêu khuếch tán không có chứa bất kỳ ngôi sao nào. Các nhà khoa học không thể khẳng định những thiên hà này được hình thành như thế nào.
Tháng 9/2013, kính viễn vọng không gian Hubble đã ghi nhận được một sự kiện thiên văn học vô cùng hiếm xảy ra. Đó chính là quá trình tự tan rã của tiểu hành tinh có tên P/2013 R3. Nếu như các hành tinh khác bị hủy bởi va chạm trong không gian hoặc tiếp xúc gần với mặt trời nhưng riêng P/2013 R3 lại suy yếu dần theo thời gian và tan thành những mảnh nhỏ.
Các nhà thiên văn đã từng được chứng kiến sự hình thành một ngôi sao có tên là W75N (B) -VLA2. Nó này không chỉ phát triển thành một ngôi sao khổng lồ mà còn làm kinh ngạc giới thiên văn học bởi có thể phát sáng gấp 300 lần và to hơn 8 lần Mặt trời.
Khi được phát hiện, hành tinh 55 Cancri e có bán kính lớn gấp 2 lần Trái đất và có trọng lượng gấp 8 lần hành tinh của chúng ta, được bao phủ bởi kim cương và than chì. Không những thế, nơi đây còn có nhiệt độ rất kinh hoàng, dao động từ 1.000-2.700 độ C.
Có kích thước gấp 1,5 lần sao Mộc nhưng hành tinh Kepler 7b lại nhẹ hơn nên có thể dễ dàng nổi trong nước. Nơi đây có nhiệt độ lên tới 800-1.000 độ C – một mặt bị bao phủ bởi các đám mây nhưng mặt kia lại có thời tiết rõ ràng.
Tháng 1/2015, kính viễn vọng không gian Hubble đã ghi nhận một hiện tượng vô cùng hiếm xảy ra trên sao Mộc – khi bộ ba vệ tinh Galile - Io, Europa và Callisto cùng xếp thẳng hàng và được coi là hiện tượng nhật thực hiếm gặp nhất.
Bên trong thiên hà Antennae (cách Trái đất 50 triệu năm ánh sáng), một đám mây khổng lồ với 50 triệu mặt trời được kỳ vọng sẽ sinh ra vô số ngôi sao. Đây là lần đầu tiên các nhà thiên văn đã phát hiện một đối tượng như vậy.
Đài quan sát Thiên văn Hồng ngoại ở tầng bình lưu (SOFIA) khi quan sát những ngôi sao sơ sinh đã cho thấy sự hiện diện của các phân tử hữu cơ và nước trong đám bụi tàn dư thuộc đám mây khí xung quanh sao.
Mưa sao băng Anh Tiên là sự kiện diễn ra vào tháng 8 hàng năm do Trái đất lọt vào vùng bụi do một sao chổi để lại. Đặc biệt, vào ngày 9/8/2008, tàn dư sao chổi Swift-Tuttle - vật thể lớn nhất bay qua trái đất hàng năm gây nên hiện tượng mưa sao băng Anh Tiên vô cùng đặc biệt.
Thiên hà lùn tuy nhỏ nhưng lại có sức mạnh lớn đến mức khiến các nhà khoa học sửng sốt khi phát hiện ra rằng thiên hà lùn có thể sản sinh sao với tốc độ nhanh hơn nhiều so với các thiên hà lớn.
