Gamma-astronomie is het astronomisch observeren van gammastraling, de meest energierijke vorm van elektromagnetische straling, met fotonische energieniveaus boven 100 kiloelektronvolt (keV). Straling onder 100 keV wordt geclassificeerd als röntgenstraling en valt onder de röntgenastronomie.
Gammastraling in de orde van grootte van mega-elektronvolt (MeV, 106 eV) wordt gegenereerd in zonnevlammen en zelfs in de aardatmosfeer, maar gammastraling met een energie van giga-elektronvolts (GeV, 109 eV) komt niet uit het zonnestelsel vandaan. Deze straling is van groot belang voor het onderzoek van buiten het zonnestelsel en dat van andere sterrenstelsels.
De processen die gammastraling veroorzaken zijn erg divers. Meestal identiek met processen die röntgenstraling produceren, maar met een hoger energieniveau, zoals positronannihilatie, het omgekeerde compton-effect, in sommige gevallen het verval van radioactiviteit, veroorzaakt door bijvoorbeeld supernovae of hypernovae, of het gedrag van materie onder extreme omstandigheden zoals bij pulsars en blazars. De tot op heden hoogst gemeten energie van een proton ligt in het teraelektronvolt-bereik (TeV, 1012 eV); het record staat op naam van de Krabpulsar in 2004, waaruit fotonen van 80 TeV werden ontvangen.