La cosmología física es la rama de la astrofísica que estudia la estructura a gran escala y la dinámica del universo. En particular, trata de responder las preguntas acerca del origen, la evolución y el destino del universo.

La cosmología física, tal y como se comprende actualmente, comienza en el siglo XX con el desarrollo de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein y la mejora en las observaciones astronómicas de objetos extremadamente distantes. Estos avances hicieron posible pasar de la especulación a la búsqueda científica de los orígenes del universo y permitió a los científicos establecer la teoría del Big Bang que se ha convertido en el modelo estándar mayoritariamente aceptado por los cosmólogos debido al amplio rango de fenómenos que abarca y a las evidencias observacionales que lo apoyan, aunque todavía existe una minoría de investigadores que presenten otros puntos de vista basados en alguno de los modelos cosmológicos alternativos.

La cosmología física trata de entender las grandes estructuras del universo en el presente como las galaxias, agrupaciones galácticas y supercúmulos, utilizar los objetos más distantes y energéticos (cuásares, supernovas y brotes de rayos gammas) para entender la evolución del universo y estudiar los fenómenos ocurridos en el universo primigenio cerca de la singularidad inicial (inflación cósmica, nucleosíntesis primordial y radiación de fondo de microondas).