Kosmoseobservatoorium või kosmoseteleskoop on kosmoses asuv teleskoop, millega saab vaadelda kaugeid planeete, galaktikaid ja teisi taevakehi. Erinevalt maapealsetest observatooriumidest ei mõjuta kosmoseteleskoope valgusreostus ega atmosfääri moonutused.[1] Lisaks on ultraviolettkiirguse eri sageduste, röntgenikiirguse ja gammakiirguse vaatlemine võimalik ainult kosmosest, sest Maa atmosfäär ei lase neid läbi.[2]
Kosmoseteleskoopi kirjeldas 1946. aastal esimesena Lyman Spitzer. Esimesed kosmoseteleskoobid olid Ameerika Ühendriikide Orbiting Astronomical Observatory ja Nõukogude Liidu Saljut 1 kosmosejaamas paiknenud Orion.