Zanim ludzkość rozpoczęła eksplorację kosmosu, musieliśmy nauczyć się go obserwować, odkryć jego naturę i zrozumieć rządzące nim prawa. Kluczową rolę odgrywała w tym procesie astronomia, która od wieków stymulowała wyobraźnię mieszkańców naszego globu, mobilizując ich do podejmowania coraz bardziej śmiałych projektów. Wśród Polaków najjaśniej na tym polu świeci gwiazda Mikołaja Kopernika – jednego z najwybitniejszych astronomów i badaczy w historii ludzkości. Ale Kopernik nie był ani pierwszym ani ostatnim wybitnym astronomem, który pochodził z Polski lub był z nią związany. 
Narodziny nowoczesnej astronomii w Polsce związane są z powstaniem w drugiej połowie XV w. tzw. krakowskiej szkoły astronomii. Już jednak źródła trzynastowieczne przynoszą nam informacje o działalności dwóch uczonych europejskiego formatu, którzy wywodzili się ze Śląska – Franka z Polski i Witela. Pierwszemu z nich zawdzięczamy dzieło „Traktatus turketi”, opisujące ważny przyrząd astronomiczny – torkwetum, który służył do określania kąta gwiazd w stosunku do ekliptyki, zaś Witelo, syn kolonisty z Turyngii i Polki z rycerskiego rodu, oprócz słynnej „Optyki”, był również autorem dwóch ważnych traktatów astronomiczno-kosmograficznych: „Nauka o ruchach niebieskich” i „O częściach świata”. 
Krakowska szkoła astronomii
Ufundowanie w odnowionej Akademii Krakowskiej w 1405 r. katedry matematyki i astronomii dało impuls do szybkiego rozwoju tych dziedzin nauki w Polsce. Niemal przez cały XV w. krakowska uczelnia była jednym z najważniejszych ośrodków badań astronomicznych w Europie. Do Krakowa chętnie przyjeżdżali zagraniczni studenci, spośród których wywodzili się późniejsi profesorowie astronomii na wielu uniwersytetach na zachodzie Europy. Już w pierwszej połowie XV w. działali tam zdolni badacze, tacy jak Mikołaj z Oszkowic czy Sędziwoj z Czechla, ale prawdziwy wysyp diamentów nastąpił po objęciu w połowie wieku katedry astronomii i matematyki przez Marcina Króla z Żurawicy (1422–1453). Mimo że zmarł stosunkowo młodo, zdołał wykształcić wielu zdolnych astronomów i napisać kilka ważnych traktatów naukowych. Jego dzieło kontynuował Marcin Bylica z Olkusza (ok. 1433–1493), który choć częściej przebywał w Rzymie i na Węgrzech, utrzymywał stałe kontakty ze swoją alma mater, doposażając ją w najnowsze dzieła naukowe i niezwykle cenne przyrządy astronomiczne np. arabskie astrolabium z 1054 r. czy torkwetum, notabene sporządzone na podstawie opisu Franka z Polski. Prawdziwy rozkwit szkoła krakowska osiągnęła za czasów Jana z Głogowa (1445–1507) i jego ucznia Wojciecha z Brudzewa (1445/46–1495). Uczeni ci nie tylko przeszczepiali na grunt polski najważniejsze odkrycia zagraniczne, ale prowadzili własne badania i byli autorami lub inicjatorami ważnych dysput i traktatów naukowych poddających krytyce stan europejskiej astronomii. Jan z Głogowa, który wykładał na uniwersytecie krakowskim blisko 40 lat, był autorem m.in. traktatu zawierającego opis gwiazdozbiorów oraz prac dotyczących komet i zaćmień Słońca i Księżyca. Jego uczeń Wojciech z Brudzewa jako pierwszy stwierdził, że Księżyc porusza się po elipsie i że w stronę Ziemi zwrócony jest zawsze tylko jedną stroną, i jawnie wykazywał nieufność wobec systemu geocentrycznego, co silnie zaznaczył w napisanym w 1482 r. obszernym komentarzu do znanego podręcznika von Peurbacha. Zredagował też tablice astronomiczne dla południka krakowskiego, z których korzystał później w swoich badaniach jeden z jego uczniów – Mikołaj Kopernik.
Życie i dokonania Kopernika (nie tylko zresztą na polu astronomii) wykraczają poza ramy tego tekstu. Podkreślmy więc tylko, że przełomowa teoria heliocentryczna, która wywróciła ówczesną wiedzę astronomiczną do góry nogami i skierowała ją w końcu na właściwe tory, ma niewątpliwie swoje korzenie w krakowskiej szkole astronomii, akceptującej co prawda system geocentryczny, ale zaawansowanej matematycznie i pozwalającej sobie na twórczy krytycyzm ówczesnej wiedzy o wszechświecie. 
Gdański książę astronomów
W połowie XVII w. na ośrodek naukowy o znaczeniu europejskim w dziedzinie badań nad kosmosem wyrósł Gdańsk. Stało się tak głównie za sprawą badań prowadzonych przez Jana Heweliusza (1611–1689) dysponującego własnym, świetnie wyposażonym obserwatorium astronomicznym, ulokowanym na dachach trzech należących do niego kamienic w centrum miasta. Heweliusz mógł sobie pozwolić na tak kosztowne hobby, ponieważ pochodził z zamożnej rodziny gdańskich browarników, a odziedziczony majątek powiększył równie okazałym posagiem żony. Astronom zgromadził bardzo nowoczesne instrumentarium, na które składały się lunety (niejednokrotnie samodzielnie przerabiane), kwadranty, sekstanty i oktanty. W latach 70. XVII w. zbudował pod miastem wielki teleskop o długości 50 m, będący wówczas największym teleskopem na świecie. Heweliusza uznaję się za twórcę nowoczesnej selenografii. Obserwacjom Srebrnego Globu poświęcił wiele lat życia, a swoje odkrycia opisał w „Selenographi” (1647), która zawierała bardzo dokładne mapy Księżyca (dokładniejsze ukazały się dopiero w XVIII w.), w tym pierwsze w dziejach astronomii odwzorowania obszarów w pobliżu brzegu jego tarczy. 
Inne ważniejsze dzieła Heweliusza to wydana w 1668 r. „Kometografia”, w której znalazły się opisy i rysunki 406 komet, w tym 9 odkrytych przez samego Heweliusza; dwutomowe dzieło „Machina niebieska” (wyd. 1673–1679), w którym gdański astronom przedstawił szczegółowe opisy swoich instrumentów badawczych i ponad 20 tys. wykonanych przez siebie pomiarów astronomicznych oraz wydany pośmiertnie „Wysłannik Astronomii”, zawierający atlas nieba i katalog 1545 gwiazd (położenie 600 z nich wyznaczył po raz pierwszy). Opracowując atlas, zaproponował wprowadzenie kilku nowych gwiazdozbiorów, wśród nich Tarczy Sobieskiego, nazwanej tak na cześć polskiego króla, który udzielał astronomowi znacznego wsparcia. Heweliusz wynalazł także śrubę mikrometryczną, polemoskop (prototyp peryskopu) i odkrył zmiany deklinacji magnetycznej. 
Obserwatoria uniwersyteckie
Degeneracja i postępujący upadek I Rzeczypospolitej rzutowały negatywnie także na polską naukę. Ponowne zainteresowanie badaniami kosmosu datuje się dopiero na okres stanisławowski, kiedy to na ziemiach polskich zaczęły powstawać obserwatoria astronomiczne związane z uczelniami, które kontynuowały prace także pod zaborami, chociaż podejmowane w nich projekty badawcze rzadko dotrzymywały kroku odkryciom w krajach najbardziej rozwiniętych. 
Wśród astronomów krakowskich wyróżnił się Maurycy Rudzki (1862–1916), jeden z pionierów teorii budowy gwiazd, a warszawskich Adam Prażmowski (1821–1885), prekursor polskiej astrofizyki, odkrywca polaryzacji światła korony słonecznej. W późniejszym okresie światową sławę zdobył także Tadeusz Banachiewicz (1882–1954), matematyk i astronom związany od 1919 r. z Uniwersytetem Jagiellońskim, dyrektor obserwatorium tej uczelni, gdzie opracował m.in. program obserwacji gwiazd zmiennych zaćmieniowych oraz krakowiany – specjalny typ macierzy, dzięki którym w 1931 r. zaprezentował pierwsze obliczenia orbity Plutona. Jego nazwiskiem nazywano krater na Księżycu i planetoidę. Uczniem Banachiewicza był inny wybitny astronom Kazimierz Kordylewski (1903–1981) – odkrywca pyłowych księżyców Ziemi.
Rakiety Siemienowicza i gwiazdolot Ulińskiego
Obserwacje astronomiczne i rozwój astrofizyki sprawiły, że wszechświat stał się nam bliższy i bardziej zrozumiały. Był to jednak tylko pierwszy krok w stronę jego eksploracji. Niezbędne było także opanowanie zaawansowanych technologii, przede wszystkim związanych z konstrukcją napędów rakietowych. W tej dziedzinie udział polskich naukowców i wynalazców był skromny, aczkolwiek znaczący. 
W 1651 r. ukazało się w Amsterdamie dzieło zatytułowane „Artis magnae artilleriae pars prima”, czyli „Wielkiej sztuki artylerii część pierwsza”. Było to niezwykle szczegółowe i fachowe kompendium wiedzy na temat tego stosunkowo nowego rodzaju broni, którego autorem był Kazimierz Siemienowicz, polski generał artylerii rodem z Litwy. Dzieło przetłumaczone na kilka obcych języków pozostawało w użyciu jako aktualny podręcznik przez niemal 200 lat! Jeden z rozdziałów „Artis magnae…” traktował o technice rakietowej i omawiał nawet tak przyszłościowe konstrukcje jak rakiety wielostopniowe i układ aerodynamiczny znany współcześnie jako delta. Do koncepcji polskiego generała sięgnęli w XX w. Amerykanie i Rosjanie, konstruując pierwsze wystrzelone w kosmos rakiety Sputnik-1 i Explorer-1. 
W 1920 r., w austriackim czasopiśmie „Der Flug”, ukazał się artykuł autorstwa polskiego wynalazcy Franciszka Abdona Ulińskiego, w którym przedstawił on całkowicie pionierską koncepcję rakiety międzyplanetarnej ze strumieniowym silnikiem gwiazdowym (według dzisiejszej nomenklatury). „Gwiazdolot”, bo takim mianem ochrzcił swój statek Uliński, miało napędzać promieniowanie Słońca, wychwytywane przez lustro w formie wachlarza, złożone z baterii fotowoltaicznych, których zadaniem było przetwarzanie zgromadzonej energii na energię elektryczną służącą do napędzania statku. Koncepcja ta wciąż jest brana pod uwagę przy opracowywaniu nowych napędów kosmicznych.
Genialny Ary
6 grudnia 1933 r. na zebraniu w Obserwatorium Astronomicznym w Warszawie Ary Sternfeld – młody polski inżynier pochodzenia żydowskiego, urodzony w Sieradzu, mieszkający w Łodzi, a wykształcony na uniwersytetach w Krakowie i Nancy – wygłosił referat, w którym przedstawił główne tezy zawarte w napisanej rok wcześniej pracy pt. „Wstęp do kosmonautyki”. Niestety wśród polskich naukowców jego pomysły zostały zlekceważone, co okazało się dużym błędem, ponieważ pionierskie dzieło Sternfelda odegrało niezwykle ważną rolę w rozwoju światowej kosmonautyki. Doceniono je natomiast w Paryżu, gdzie naukowiec otrzymał prestiżową Nagrodę Astronomiczną, a przede wszystkim w ZSRR, do którego Sternfeld wyemigrował w 1935 r. 
„Wstęp…” został później uznany za „encyklopedię aerodynamiki lotów kosmicznych rakiet” (M. Subotowicz). Sternfeld był również autorem teorii lotu rakiet wielostopniowych, opracował zasady przelotu rakiet przez atmosferę, wyznaczył trajektorie lotów międzyplanetarnych i optymalizował je pod kątem różnych czynników. Obliczył bardzo dokładnie wiele potencjalnych orbit sztucznych satelitów Ziemi, notabene co najmniej kilkanaście z nich, w tym Sputnik – pierwszy sztuczny satelita Ziemi, a także niektóre amerykańskie i radzieckie rakiety poleciało później torami wykreślonymi wiele lat wcześniej przez Sternfelda. 
Polski program rakietowy
Pewnego chłodnego, lecz pogodnego ranka 7 października 1970 r. ze Stacji Sondażu Rakietowego położonej na Mierzei Łebskiej wystrzelono dwie rakiety meteorologiczne Meteor 2K, które osiągnęły pułap 90 km, zbliżając się do umownej granicy kosmosu. Niestety szybko okazało się, że był to ostatni akord trwających nieprzerwanie od 1957 r. prac nad rodzimymi rakietami, prowadzonych przez zespół naukowców pod kierownictwem Jacka Walczewskiego, który marzył o podboju kosmosu i umieszczeniu na orbicie polskiego sztucznego satelity. Ze względu na uwarunkowanie polityczne projekt rozwijał się pod przykrywką badań meteorologicznych. 
Największym osiągnieciem było uruchomienie w 1965 r. wraz z Instytutem Lotnictwa programu rakiet badawczych Meteor, których głównych konstruktorem został Jerzy Haraźny. Wystrzelenie pierwszej polskiej rakiety, która miała polecieć w kosmos i wynieść polskiego satelitę, zostało jednak wstrzymane w zasadzie w ostatniej chwili. Do dzisiaj nie wiadomo czy przyczyną był brak funduszy, czy raczej, jak utrzymuje wielu historyków, nakaz, który przyszedł z Moskwy. ZSRR co prawda planował włączyć podległe sobie państwa do programu eksploracji kosmosu, ale wyłącznie w ramach odgórnie narzuconego i kontrolowanego projektu Interkosmos. Nieco na pocieszenie osiem lat później, 17 czerwca 1978 r., na pokładzie rakiety Sojuz 30 w przestrzeń kosmiczną poleciał pierwszy (i jak na razie ostatni) Polak – mjr Mirosław Hermaszewski. W czasie ośmiodniowej misji Polak okrążył Ziemię 126 razy.
Polacy w NASA
Space Walk of Fame, czyli Aleja Zasłużonych w Badaniach Kosmosu, znajdująca się w pobliżu przylądka Canaveral na Florydzie, to miejsce gdzie umieszczane są nazwiska osób najbardziej zasłużonych w realizacji amerykańskiego programu kosmicznego. Wśród nich znajdziemy także Polaków – Bekkera, Lachockiego i Rostafińskiego, nasi rodacy brali bowiem udział w podboju kosmosu także po drugiej stronie żelaznej kurtyny. Wojenne zawieruchy rzuciły wielu z nich na zachód Europy, a potem za Wielką Wodę.
Pochodzący z Lubelszczyzny Mieczysław Bekker po wyjeździe do USA pracował dla koncernu samochodowego General Motors. Projekt jego firmy wygrał ogłoszony przez NASA konkurs na pojazd księżycowy. Lunar Roving Vehicle został zrealizowany w rekordowym czasie siedemnastu miesięcy. Łaziki księżycowe Bekkera poleciały na Srebrny Glob w kolejnych misjach Apollo 15, 16 i 17. 
Eugeniusz Lachocki, zdolny elektronik z Polesia, w projekcie Apollo był odpowiedzialny za skonstruowanie zasilaczy do urządzeń radiokomunikacyjnych i telewizyjnych. Były tak udane, że NASA powierzyła mu także opracowanie systemów zasilania dla promów kosmicznych. Z kolei Wojciech Rostafiński, były żołnierz AK i uczestnik powstania warszawskiego, w 1961 r. otrzymał pracę w grupie badawczej NASA zajmującej się zespołami napędowymi rakiet, a zwłaszcza stosowanymi w rakietach pompami i sprężarkami.
Jednym z najwybitniejszych Polaków współpracujących z NASA był chemik Werner Ryszard Kirchner. Po wojnie pozostał na Zachodzie i w 1947 r. udało mu się zdobyć stypendium w słynnym amerykańskim MIT. Poznał tam Wernera von Brauna – niemieckiego konstruktora rakiet, który po wojnie pracował dla Amerykanów, który wciągnął go swojego zespołu w NASA. W misji Apollo 11, czyli pierwszym lądowaniu człowieka na Księżycu, wykorzystano opracowane przez Kirchnera paliwo rakietowe. Polak kierował również zespołem opracowującym skomplikowany manewr zmiany orbity z ziemskiej na księżycową.