Die Astrogeologie ist die Wissenschaft vom geologischen Aufbau der nicht-stellaren Himmelskörper und deren Entwicklungsgeschichte.
Studienobjekte der Astrogeologie sind die terrestrischen Planeten des Sonnensystems, die Monde der Planeten und andere feste Körper wie Asteroiden (Kleinplaneten), Kometenkerne und Meteoriten.
Methoden der Astrogeologie sind erd- oder raumgestützte Messungen und besonders bildgebende Verfahren der Astronomie in den Bereichen des sichtbaren Lichtspektrums, des Infrarot und Radar, die Entsendung von Raumsonden, Orbitern und Landeapparaten zu den Untersuchungsobjekten, die Untersuchung von gewonnenen Proben vor Ort oder auf der Erde (bisher nur vom Erdmond, aus dem Sonnenwind und einem Kometen), die Untersuchung von Meteoriten sowie Modellrechnungen und theoretische Überlegungen. Eine wichtige Rolle in der Astrogeologie spielen Analogieschlüsse anhand der Erkenntnisse von Geologie, Vulkanologie, Glaziologie, Hydrologie, Geophysik und Mineralogie auf der Erde.
Als gleichwertiger Begriff wird manchmal das Wort Planetengeologie verwendet. Der Begriff der Planetologie dagegen umfasst neben der Astro- oder Planetengeologie auch Aspekte der planetenbezogenen Astronomie, die nicht an eine feste Kruste gebunden sind, wie zum Beispiel im Fall der Gasplaneten. Die gegenseitige Abgrenzung der Begriffe ist nicht genau definiert.
Seitdem immer zahlreicher Exoplaneten entdeckt werden, gehört auch die Modellierung extrasolarer Gesteinsplaneten und die entsprechende Interpretation von Beobachtungsdaten zu den Themen der Astrogeologie.