コンピュータによる数値シミュレーションによって天文学のさまざまな問題を扱う分野。宇宙で起きる天体現象のほとんどは実験によって直接実験室で確かめることができない。そこで、コンピュータの中に天体や宇宙を記述するモデルを作り、そのモデルの振る舞いを観測データと比較することが現象の理解にとって極めて重要である。
近年スーパーコンピュータが飛躍的に進歩したので、従来のコンピュータでは難しかった複雑な現象の数値シミュレーションも実行できるようになった。このため、シミュレーション天文学は観測天文学、理論天文学と並ぶ第三の天文学と位置付けられ、スーパーコンピュータは時に「理論の望遠鏡」と呼ばれることがある。
数値シミュレーションの対象としては、例えば宇宙の大規模構造の形成や銀河の衝突といった多体の力学問題、物質の運動と電磁波の放射が複雑に絡み合う天体物理学の問題、あるいはビッグバンや宇宙の進化などの宇宙論的問題、ブラックホールや重力波の発生など一般相対性理論の問題などがある。